Серия «Устройство Вселенной»

Продолжаем цикл статей про странности Солнечной системы. Предыдущие статьи в профиле.
На очереди - Юпитер, который, как и Сатурн, сложно с кем-то ещё перепутать. Огромный полосатый шар, бурлящие облака, бесконечные вихри. Мы наблюдаем его уже больше четырёхсот лет, с тех пор, как Галилей в 1610 году навёл на него свой телескоп и увидел четыре спутника (кстати, о них будет отдельный материал в следующей статье, так что подписывайтесь чтобы не пропустить).
Мы уже заглядывали под его облака, измеряли магнитное поле, слушали радиогул. Казалось бы, уж эту планету мы должны знать достаточно хорошо - обычный газовый гигант.
Но с Юпитером всё не так просто. Под красивыми полосами скрывается атмосфера, которая уходит на тысячи километров вглубь. Водород там ведёт себя совсем не так, как мы привыкли, а привычное представление, впитанное со школьных времён о твёрдом ядре - оказывается не таким уж правильным. И это мы ещё даже не добрались до самых необычных особенностей юпитерианской погоды. Так что давайте посмотрим, какие странности скрывает крупнейшая планета Солнечной системы. Причём в этой подборке обойдёмся без её знаменитого Большого красного пятна, про него уже была отдельная статья. И многочисленные спутники оставим на потом. У самого Юпитера и без них хватает сюрпризов.

У Юпитера нет твёрдой поверхности

Представьте, что мы каким-то чудом оказались над облаками Юпитера и решили спуститься вниз. На Земле всё понятно: сначала летим сквозь воздух атмосферы, потом приближаемся к поверхности и в конце концов встречаемся с землёй. С Юпитером этот сценарий не сработает. Здесь просто некуда приземляться.
У планеты нет твёрдой поверхности, по крайней мере в том смысле, в каком мы привыкли её представлять. То, что мы видим на фотографиях, это лишь верхние слои облаков. Они могут выглядеть как вполне определённая граница планеты, но на самом деле это просто скопления облачных частиц в атмосфере. Ниже находится всё более плотная атмосфера, состоящая преимущественно из водорода и гелия. По мере погружения давление растёт, газ становится плотнее и никакой чёткой границы, за которой можно было бы сказать «вот здесь закончилась атмосфера и началась поверхность», нет.
Правда, это не значит, что можно бесконечно падать сквозь Юпитер, разглядывая его внутренности из иллюминатора. Космический аппарат не переживёт такого путешествия. Задолго до того, как доберётся до глубоких слоёв, его уничтожат чудовищное давление и температура. Так и произошло с зондом «Галилео». В 1995 году он сумел передать данные с глубины около 160 километров - это меньше одного процента радиуса Юпитера, после чего связь оборвалась. Аппарат просто перестал существовать, раздавленный и расплавленный окружающей средой.

Внутри Юпитера водород превращается в металл

Водород самый распространённый элемент во Вселенной. На Земле мы встречаем его в составе воды, органических соединений, в общем - повсеместно. При обычных условиях это лёгкий газ, у которого нет ничего общего с металлами. Но Юпитер умеет менять правила игры. В глубине планеты давление становится настолько огромным, что водород оказывается в состоянии, которого на Земле не существует. Он превращается в жидкий металлический водород.
Звучит как оксюморон? Металл это что-то твёрдое, блестящее, холодное. А тут водород, который при нормальных условиях газ. Но при давлении в миллионы атмосфер и температуре в тысячи кельвинов электроны отрываются от протонов и начинают двигаться свободно. Вещество становится проводником. Как металл.
При каком именно давлении это происходит вопрос до сих пор дискуссионный. Лабораторные эксперименты дают оценки от 1 до 5 миллионов атмосфер. На Юпитере такие условия начинаются примерно на глубине 10 000 километров от верхушки облаков. И это не тонкая прослойка. По современным моделям, на металлический водород приходится значительная часть внутренних слоёв планеты. Больше половины радиуса.
Именно с этим веществом учёные связывают происхождение мощнейшего магнитного поля Юпитера. Когда электропроводящая среда движется внутри вращающейся планеты, возникают условия для работы природного генератора. Это называется динамо-эффект. На Земле его создаёт жидкое железное ядро. На Юпитере жидкий металлический водород.

Магнитное поле Юпитера самое сильное в Солнечной системе после Солнца. В 20 000 раз сильнее земного. Если бы мы могли его увидеть, оно выглядело бы как огромная светящаяся сфера вокруг планеты, которая в несколько раз больше самой планеты. И всё это работа водорода, который стал металлом.
Но самое интересное обнаружилось, когда Juno начал исследовать гравитационное поле Юпитера. Долгое время учёные представляли внутреннее строение планеты довольно просто. Помните рисунки из школьных учебников? Небольшое плотное ядро в центре. Вокруг гигантская оболочка из водорода и гелия. Чёткие границы, понятная структура. Реальность оказалась несколько сложнее.
Данные Джуно указывают, что ядро Юпитера может быть гораздо более размытым, чем предполагалось. Тяжёлые элементы, вероятно, распределены в обширной центральной области и частично перемешаны с окружающим водородом. Это не значит, что ядра нет вообще. Скорее, оно не похоже на компактный шар из плотного материала. Учёные называют такую структуру размытым, или разбавленным, ядром. По некоторым оценкам, тяжёлые элементы размазаны по области, которая простирается почти до 60% радиуса планеты.
Есть и версия, откуда взялась такая странность. В молодой Солнечной системе Юпитер мог пережить столкновение с крупным планетным зародышем. Удар был настолько сильным, что разрушил первоначальное компактное ядро и перемешал тяжёлые элементы с внутренними слоями планеты. Это не единственная версия. Есть и другие, например что размытое ядро образовалось постепенно, в процессе формирования планеты, без всяких ударов. Но идея столкновения объясняет многое: и размытость, и распределение тяжёлых элементов, и некоторые особенности гравитационного поля.

Полосы Юпитера уходят вглубь на три тысячи километров

Мы давно знаем, что знаменитые полосы Юпитера это результат движения облаков и мощных атмосферных течений. Но долгое время оставался открытым вопрос - насколько глубоко простираются эти структуры? Ведь если мы видим полосы только на верхушке облачного покрова, это одна история. А если они отражают движение огромных масс вещества далеко под видимой атмосферой, то перед нами уже совсем другая картина.
Ответ помогла получить станция Juno. Аппарат изучает не только облака, но и гравитационное поле планеты. Когда Джуно пролетает рядом с Юпитером, малейшие изменения скорости аппарата позволяют учёным судить о распределении массы внутри планеты. А по этим данным можно восстановить, насколько глубоко проникают атмосферные потоки. Это, если честно, очень изящный метод. Мы не можем заглянуть внутрь Юпитера. Но мы можем измерить, как он притягивает пролетающий мимо аппарат. И по этим отклонениям - микроскопическим, на уровне долей миллиметра в секунду - восстановить картину того, что происходит на глубине в тысячи километров. Результат оказался впечатляющим. Знаменитые полосы и связанные с ними струйные течения уходят примерно на 3000 километров ниже верхушек облаков. И всё это область, в которой продолжают действовать атмосферные потоки Юпитера. Три тысячи километров. На Земле на такой глубине уже мы бы уже подходили к границе мантии и ядра. А на Юпитере это всё ещё атмосфера.

Учёные подсчитали, что общая масса этого «динамического» слоя составляет около одного процента всей массы планеты. Один процент вроде звучит скромно. Но один процент Юпитера это примерно три массы Земли, вовлечённые в движение. Причём речь не о том, что цветные полосы в буквальном смысле продолжаются вниз, как нарисованные на шаре линии. За их внешним видом стоят мощные потоки вещества, движущиеся в противоположных направлениях. Они проникают глубоко в планету, а их структура связана с быстрым вращением Юпитера. Данные Джуно показывают, что потоки вытягиваются внутрь примерно вдоль оси вращения планеты. То есть на поверхности мы видим полосы, которые идут с востока на запад. А на глубине эти же потоки как бы стягиваются к полюсам, образуя что-то вроде цилиндров, вложенных друг в друга.
Но и это ещё не всё. На глубине около 3000 километров эти потоки, судя по всему, встречают сопротивление. Там водород начинает превращаться в жидкость, которая проводит электричество, и движение вещества начинает взаимодействовать с магнитным полем планеты. Именно на этой глубине атмосферные течения, похоже, тормозятся и больше не проникают ниже.

На Юпитере бывают молнии, а град напоминает слякоть из аммиака и воды

Мы привыкли считать грозу довольно понятным явлением. Влажный воздух поднимается вверх, охлаждается, образуются облака. Ледяные частицы сталкиваются друг с другом, накапливается электрический заряд. И в какой-то момент небо озаряет молния. Всё логично, всё знакомо. На Юпитере всё это тоже происходит. Но есть одна проблема: его атмосфера устроена так, что привычные земные объяснения не всегда работают.

Начнём с молний. Первые их признаки заметили ещё «Вояджеры» в 1979 году. Они снимали ночную сторону Юпитера и увидели вспышки в облаках. Тогда решили, что разряды возникают примерно там же, где и земные, в глубоких водяных облаках, километрах в пятидесяти под видимой поверхностью. Так думали почти сорок лет. Пока к Юпитеру не прилетела Juno, которая обнаружила нечто неожиданное. Молнии могут возникать гораздо выше. В областях атмосферы, где для обычной жидкой воды слишком холодно. Температура там опускается ниже −80 °C. Вода должна быть льдом. И сама по себе она не объясняет происходящее.
Но в юпитерианской атмосфере есть аммиак. Он способен понижать температуру замерзания водно-аммиачной смеси. Мощные грозовые потоки поднимают кристаллы водяного льда из более глубоких слоёв. Те встречаются с аммиаком. Эта смесь сталкивается с другими частицами, накапливает электрический заряд и создаёт условия для разрядов. Так Juno обнаружила то, что исследователи назвали shallow lightning - если по нашему - «мелкие молнии». Мелкими их называют не потому, что они слабые. А потому, что возникают они значительно выше, чем предполагали прежние модели. Для планетологов это стало важной подсказкой: атмосфера Юпитера способна переносить воду и аммиак совсем не так, как ожидалось.

Но молнии это только половина истории. Та же смесь воды и аммиака, по мнению некоторых исследователей, может участвовать в образовании необычных градин. Команда Juno прозвала их mushballs. Я не знаю, как это перевести. Слякотные шары? Мягкие градины? Ни то, ни другое не звучит. Но суть в том, что это ледяные комки. Внутри водно-аммиачная слякоть. Снаружи ледяная оболочка. Они формируются в грозовых облаках, растут, пока их удерживают восходящие потоки. А потом становятся слишком тяжёлыми и начинают падать в глубину атмосферы. И вот тут начинается самое интересное. Падая, такие образования уносят с собой воду и аммиак из верхних слоёв Юпитера в более глубокие. Это помогает объяснить, почему Juno обнаружила в некоторых областях атмосферы меньше аммиака, чем ожидалось. Он не обязательно отсутствует. Часть вещества может просто перемещаться вниз в составе этих необычных градин. Как грузовой лифт, только из льда и слякоти.
В 2020 году учёные построили микроФизическую модель этих градин и показали, что они действительно могут объяснить наблюдаемый дефицит аммиака. Не гипотеза ради гипотезы. А модель, которая совпадает с данными.
Разумеется, мы не можем отправить туда метеоролога с ведром и проверить, насколько такая градина похожа на земной град. Mushballs это предложенная учёными модель, объясняющая наблюдения, а не объект, который аппарат сфотографировал крупным планом. Но сама идея выглядит впечатляюще. На планете, где вода и аммиак ведут себя совершенно не по-земному, даже грозы способны переносить вещества между разными слоями атмосферы. Молния там не просто вспышка. Это часть системы. Часть механизма, который перемешивает атмосферу Юпитера сверху донизу.

Юпитер отдаёт в космос больше энергии, чем получает от Солнца

Юпитер находится далеко от Солнца. Примерно в пять раз дальше Земли. Солнечного света до него доходит в 25 раз меньше - по закону обратных квадратов, если кому интересно. Но когда учёные измерили энергетический баланс Юпитера, выяснилось, что с ним происходит кое-что интересное. Планета излучает больше тепловой энергии, чем поглощает от Солнца. И это не погрешность измерений. Не ошибка приборов. Это факт, который подтверждается уже несколько десятилетий. Первые измерения сделали ещё «Пионеры» в 1970-х. Потом «Вояджеры» уточнили. Потом «Галилео». Потом «Кассини», который пролетал мимо по пути к Сатурну. Все данные сходятся: Юпитер излучает примерно в 1,6-1,7 раза больше энергии, чем получает от Солнца. То есть у него есть собственный, внутренний источник тепла. Откуда он берётся?

Кстати, у меня раньше выходила интересная статья, про то, почему Юпитер не стал звездой.

Для начала стоит вспомнить, как вообще формировались планеты. Около 4,5 миллиарда лет назад Юпитер рос, собирая газ и другие вещества из окружающего протопланетного диска. Падающее на молодую планету вещество разгонялось под действием гравитации, сталкивалось с уже собранной массой и выделяло энергию.
Молодой Юпитер был гораздо горячее, чем сейчас. Настолько горячий, что, возможно, светился в инфракрасном диапазоне как тусклая звезда. Не как Солнце, конечно. Но как что-то, что видно в телескоп. С тех пор планета постепенно остывает, отдавая накопленное тепло в космос. Кроме того, она медленно сжимается под действием собственной гравитации. Это называется механизм Кельвина - Гельмгольца. Когда тело сжимается, гравитационная энергия переходит в тепло. И это тепло тоже уходит в космос.
Юпитер сжимается примерно на 2 сантиметра в год. Не знаю, как это измерили. Наверное, по гравитационному полю и моделям. Но факт: планета медленно уменьшается в размерах. И выделяет при этом энергию. Не ядерную, как Солнце. Гравитационную. Это не бесконечный источник. Рано или поздно Юпитер остынет окончательно. Но «рано или поздно» это миллиарды лет. Пока что он всё ещё горячий. Внутри около 20 000 °C в центре, если модели верны. Горячее, чем поверхность Солнца.

Есть и ещё один механизм, который добавляет тепла. В недрах Юпитера может идти «дождь» из гелия. Гелий не смешивается с металлическим водородом при определённых условиях. Он опускается вниз, выделяя при этом гравитационную энергию. Это дополнительный источник тепла, помимо сжатия. Не основной, но заметный. Причём это тепло имеет значение не только для недр. Оно участвует в работе атмосферы. Помогает поддерживать конвекцию - движение вещества между глубокими и верхними слоями. Юпитер получает от Солнца энергию, но его погода зависит не только от внешнего обогрева. Планета ещё и подогревает себя изнутри.
Вот почему на Юпитере такие мощные вихри. Вот почему там такая активная атмосфера. Солнце даёт мало. А планета сама себя греет. И этого хватает, чтобы поддерживать бурлящую, хаотичную, невероятно сложную погоду.

У Юпитера есть огромное невидимое магнитное пятно

У Юпитера есть Большое красное пятно. Я про него уже писал. Это гигантский атмосферный вихрь, который можно увидеть в телескоп. Его наблюдают уже больше трёхсот лет. О нём пишут в учебниках, его рисуют на обложках, его знают даже те, кто не интересуется астрономией. Но существует и другое пятно, о котором знают гораздо меньше. Оно называется Большим синим пятном. И если вы сейчас представили ещё один цветной овал среди облаков, придётся разочаровать. Увидеть его глазами невозможно.

Большое синее пятно вообще не имеет отношения к облакам. Это область необычно сильного магнитного поля возле экватора Юпитера. Её обнаружили по измерениям магнитометра на борту Джуны. А название появилось благодаря условной цветовой визуализации магнитных данных. На настоящих фотографиях планеты никакого синего пятна нет.
Чтобы понять, почему Большое синее пятно заслуживает внимания, нужно вспомнить, что Юпитер обладает чрезвычайно мощным магнитным полем. Но поле это не идеально симметрично. Оно не сводится к простому магниту с северным и южным полюсами. Если бы у Юпитера был обычный диполь, как у Земли, силовые линии шли бы от полюса к полюсу. Но Juno обнаружила, что поле устроено гораздо сложнее. Там есть области с аномально сильным полем, есть области с ослабленным. И Большое синее пятно одна из самых заметных особенностей этой структуры. И оно не просто существует в одном месте. Сравнивая измерения Juno с более ранними данными от «Пионеров», «Вояджеров», «Галилео» учёные обнаружили, что магнитное поле Юпитера меняется со временем. Особенно заметные изменения происходят в районе Большого синего пятна. По данным миссии, оно медленно смещается относительно внутренней части планеты.
Одна из причин - глубокие атмосферные течения. Те самые струйные потоки, которые мы обсуждали в пункте про полосы. Они проникают на тысячи километров вглубь. И там, где эти потоки взаимодействуют с электропроводящим металлическим водородом, они могут деформировать магнитное поле. Как ветер, который гонит воду и создаёт волны. Только вместо воды жидкий металл. А вместо волн изменения магнитного поля.
То есть ветры Юпитера не только гоняют облака по поверхности. Они проникают глубоко внутрь и могут влиять даже на магнитную структуру планеты. В этом смысле Большое синее пятно связывает две вещи, которые на первый взгляд кажутся совершенно разными: погоду и внутреннее строение гиганта.
Но магнитное поле Юпитера интересно не только этим пятном. Оно окружает планету огромной магнитосферой. Это область пространства, где влияние юпитерианского поля преобладает над воздействием солнечного ветра. Со стороны Солнца её граница в зависимости от условий может находиться примерно в миллионе - трёх миллионах километров от планеты. А с противоположной стороны магнитное поле вытягивается в длинный хвост. Он простирается на сотни миллионов километров. Вплоть до расстояний, сопоставимых с орбитой Сатурна.
Внутри этой невидимой области магнитное поле захватывает заряженные частицы и разгоняет их до высоких энергий, поэтому вокруг Юпитера возникают мощные радиационные пояса. Они представляют серьёзную опасность для космических аппаратов. Именно поэтому зонды, которые летят к Юпитеру, стараются не задерживаться в определённых областях. Электроника деградирует. Детекторы зашкаливают. Аппараты приходится проектировать с учётом того, что они будут работать в среде, где радиация в сотни раз выше, чем в земных поясах Ван Аллена.
Поэтому магнитосфера это не просто красивое научное понятие. Это вполне реальная проблема для тех, кто пытается исследовать планету вблизи.

На Юпитере есть окна, через которые можно заглянуть в глубины атмосферы

В 1995 году к Юпитеру прибыл «Галилео». Помимо орбитального аппарата, в его состав входил небольшой зонд, которому предстояло впервые в истории войти в атмосферу планеты и передать данные изнутри. Я о нём рассказывал в начале статьи.
Но вот что любопытно - в месте спуска атмосфера была гораздо суше, чем рассчитывали учёные. Зонд обнаружил очень мало воды. Ветры сильные, до 150 метров в секунду. Температура выше, чем предполагалось. И всё это плохо соответствовало тогдашним представлениям о типичной атмосфере Юпитера. Неужели планета оказалась совсем не такой, какой её представляли?
Позже появилась более интересная версия. «Галилео» мог попасть в особую область, которую называют hot spot - «горячее пятно». Название сбивает с толку. Речь не о раскалённом участке поверхности, которой у Юпитера нет. Речь об области атмосферы, где облачный покров устроен иначе. В некоторых таких местах облаков меньше. Нисходящие потоки переносят воздух из верхних слоёв в более глубокие. В результате образуются относительно сухие области. Через них инфракрасное излучение из глубины атмосферы выходит наружу легче, чем через окружающие облака. Поэтому на снимках в определённых диапазонах такие участки выглядят особенно яркими. Как окна. Как просветы в облачной завесе.
Можно представить себе плотный облачный слой, в котором местами возникают разрывы. Это не аккуратные круглые дыры, сквозь которые можно увидеть внутренности планеты насквозь. Скорее, облачный покров здесь становится менее непрозрачным, что позволяет исследовать более глубокие и тёплые слои.
Когда к Юпитеру прибыла Juno, она получила возможность изучать подобные области с помощью микроволнового радиометра, на разных глубинах, куда обычная камера не заглянет. Он измеряет излучение на шести частотах, и каждая частота соответствует определённой глубине. От верхних слоёв до сотен километров вниз. Выяснилось, что история с сухой атмосферой «Галилео» могла быть не просто случайностью. Весь северный экваториальный пояс Юпитера в целом отличается сухостью. А горячие пятна связаны с разрывами в облачном покрове.
И вот что особенно любопытно. Эти области связаны с теми же атмосферными процессами, которые участвуют в формировании необычных молний Юпитера. Восходящие и нисходящие потоки перемещают воду и аммиак. Меняют структуру облаков. Создают условия для электрических разрядов. Получается, что облака Юпитера не просто красивая ширма, скрывающая планету. В них есть своеобразные окна. Просветы. Места, где завеса становится тоньше. И через эти окна можно заглянуть вглубь. Не глазами, конечно. Приборами. Но можно.

Над облаками Юпитера обнаружили гигантскую скоростную струю

В 2023 году космический телескоп Джеймс Уэбб обнаружил необычное явление - узкую, быстро движущуюся струю в районе экватора, высоко над основными облаками, которая движется быстрее, чем всё вокруг и не связана напрямую с глубокими течениями. Это отдельный слой атмосферной циркуляции. Скорость ветра в этой струе достигает примерно 515 километров в час. Это быстрее устойчивых ветров урагана пятой категории на Земле. Ураган пятой категории это когда ветер сносит дома, вырывает деревья с корнем, а давление падает настолько, что барабанные перепонки не выдерживают.
Само по себе наличие сильных ветров на Юпитере никого не удивляет. Там ветры вообще быстрые. Полосы движутся со скоростями в сотни километров в час. Но эта струя оказалась неожиданной. Потому что находится на высоте, где раньше не удавалось столь подробно проследить подобную структуру. Телескоп Webb смог различить небольшие детали в верхней дымке атмосферы и отследить их движение. Сопоставив эти наблюдения с данными телескопа Hubble, исследователи смогли сравнить ветры на разных высотах и оценить, как меняется их скорость с подъёмом над облаками. Это важно, потому что атмосфера планеты не представляет собой несколько независимых этажей, каждый из которых живёт своей жизнью. Потоки на разных высотах взаимодействуют друг с другом. Передают энергию и импульс. Их движение может влиять на формирование облаков и развитие штормов.

И здесь стоит вспомнить предыдущие странности. Полосы, которые мы видим на Юпитере, связаны с глубокими атмосферными течениями, уходящими на тысячи километров вниз. А теперь мы обнаруживаем ещё и мощную струю в верхних слоях. Это не одно и то же явление. Но вместе они показывают, насколько сложна атмосфера газового гиганта. Как будто у планеты есть не одна погода, а несколько. И они наложены друг на друга. Слоями.
Правда, есть нюанс. Струю обнаружили по наблюдениям 2022 года, опубликованным в 2023-м. Это не означает, что она возникла именно тогда или что её скорость всегда одинакова. Чтобы выяснить, как она меняется со временем и как связана с другими атмосферными потоками, нужны дополнительные наблюдения. Может быть, она сезонная. Может быть, постоянная. Может быть, она то появляется, то исчезает. Мы пока не знаем. И всё же сам факт впечатляет. Даже после десятилетий исследований Юпитер продолжает обнаруживать новые особенности там, где, казалось бы, мы уже должны были всё изучить. Достаточно посмотреть на него другим инструментом. В другом диапазоне света. И знакомые облака вдруг открывают совершенно новую структуру.

Полярные сияния Юпитера нагревают атмосферу далеко от полюсов

На Земле полярные сияния возникают, когда заряженные частицы взаимодействуют с магнитным полем и верхними слоями атмосферы. В результате небо окрашивается в зелёные, красные и фиолетовые оттенки. Красиво, знакомо, воспето в стихах и песнях. На Юпитере происходит нечто похожее. Но масштабы совершенно другие. Его полярные сияния относятся к самым мощным в Солнечной системе. Они в сотни раз мощнее земных. Если бы мы могли их увидеть, они выглядели бы как гигантские светящиеся короны над полюсами планеты. Но дело не только в красоте. Энергия, которую они передают атмосфере, помогает объяснить одну давнюю загадку Юпитера.

Вот в чём проблема. Юпитер получает от Солнца гораздо меньше энергии на единицу площади, чем Земля. В 25 раз меньше, если считать по расстоянию. При этом его верхняя атмосфера оказывается намного горячее, чем можно было бы ожидать, если учитывать только солнечный нагрев. Насколько горячее? В зависимости от высоты и области - сотни градусов Цельсия. А в некоторых слоях порядка тысячи кельвинов и выше. Это верхняя атмосфера. Не недра. Не глубины, где давление сжимает газ и нагревает его. А разреженные внешние слои, которые должны быть холодными. Но они горячие. И никто долго не понимал почему.
Одним из главных источников дополнительного нагрева оказались полярные сияния. Заряженные частицы, направляемые магнитным полем к полюсам планеты, сталкиваются с газом и передают ему энергию. Атмосфера в этих областях нагревается. Но тепло не остаётся строго на полюсах. Оно распространяется.
Наблюдения с наземных телескопов позволили проследить распределение температуры в верхней атмосфере Юпитера от полярных областей к экватору. Обнаружилось что температура постепенно снижается по мере удаления от зон сияния. Это согласуется с идеей, что нагретый газ и энергия переносятся атмосферными ветрами к более низким широтам.
Важно понимать: это не означает, что полярное сияние одинаково нагревает всю планету. И не означает, что механизм уже изучен до последней детали. Речь идёт прежде всего о верхней атмосфере. Конкретные процессы переноса тепла всё ещё исследуются. Но сама картина удивительна. Мы привыкли воспринимать сияние как световое шоу. Красивое следствие столкновений заряженных частиц с атмосферой. На Юпитере оно оказывается ещё и важным источником энергии. Который способен влиять на температуру огромных областей далеко от полюсов. Иными словами, магнитное поле Юпитера не просто окружает планету невидимым щитом. Оно помогает направлять частицы. Создаёт мощные сияния. И запускает процессы, которые меняют состояние атмосферы на больших расстояниях. В этом смысле магнитная и погодная системы Юпитера тесно связаны друг с другом.

На полюсах Юпитера циклоны складываются в геометрические фигуры

Мы привыкли видеть планету сбоку: полосы, облака, вихри. Полюса где-то там, наверху и внизу, и нас туда обычно не тянет. Как будто там ничего нет. Но когда Juno впервые передал подробные изображения полярных областей, выяснилось, что там происходит нечто совершенно необычное. На северном полюсе находится центральный циклон. Вокруг него ещё восемь крупных вихрей. Вместе они образуют почти правильную восьмиугольную конфигурацию. Как будто кто-то расставил их по циркулю.
На южном полюсе картина другая. Центральный циклон окружён пятью соседями.Пятиугольник.
И это не маленькие атмосферные завихрения.

Диаметр отдельных циклонов тысячи километров. Северные около 4000-4600 километров. Южные ещё больше, до 7000. Каждый такой вихрь сам по себе мог бы стать впечатляющей погодной системой. Если бы он был один. Но на Юпитере они существуют целыми группами. Тесно соседствуя друг с другом. Почти касаясь краями.
Самое удивительное - они не спешат сливаться в один гигантский шторм.
На Земле крупные атмосферные вихри могут взаимодействовать. Менять форму. Иногда объединяться. У Юпитера же полярные циклоны сохраняли свои отдельные структуры на протяжении долгих наблюдений Juno. Годы. Может быть, десятилетия. Конечно, они не застыли навсегда. Вихри меняются, перемещаются, взаимодействуют. Но сама многоугольная конфигурация оказалась достаточно устойчивой. Как будто у атмосферы есть предпочтение к геометрии.

Почему так происходит? Одной простой причины здесь, по-видимому, нет. Важную роль играют быстрое вращение Юпитера, движение атмосферы и взаимодействие вихрей между собой. Есть гипотеза, что центральный циклон и его соседи окружены кольцом антициклонического потока, который не даёт им слиться. Однако учёные до сих пор не могут до конца объяснить, какие именно механизмы позволяют этим циклонным системам сохранять свою структуру. Мы видим результат. Мы видим геометрию. Но почему именно восьмиугольник? Почему именно пятиугольник? Почему не круг? Не хаос? Пока ответа нет.

И всё это только сам Юпитер. Мы ещё даже не начинали разговор о его спутниках. А их больше девяноста. Четыре из них те самые, что Галилей увидел в 1610 году: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. Каждый - отдельный мир. Ио - вулканический ад. Европа - океан под ледяной корой. Ганимед - крупнее Меркурия и с собственным магнитным полем. Каллисто - древний, изрытый кратерами свидетель ранней Солнечной системы.
О них мы поговорим отдельно. Это будет следующий материал, про странности галилеевых спутников. А потом, возможно, и про остальные. Потому что у Юпитера их много. И каждый, как выясняется, заслуживает отдельной истории.

Следующая часть цикла статей, где мы разбираем странности планет и спутников Солнечной системы (предыдущие в профиле). Сегодня речь пойдёт о Марсе.
Наверное, из всех планет Солнечной системы, Марс кажется нам самым знакомым после Земли и Луны (хотя Луна, конечно, никакая не планета).
Мы знаем, что он красный, знаем про его полярные шапки, огромные вулканы, каньоны и пылевые бури. Знаем, что по его поверхности уже ездят марсоходы, а Илон Маск всерьёз собирается когда-нибудь построить там город.
Но знаете ли вы, что по поверхности Марса ползут песчаные дюны, оставляя следы, которые видно из космоса, а две половины планеты выглядят так, будто их сделали из разных материалов? Что снег там может падать вверх, как бы странно это не звучало? А ещё там бывают синие закаты, а следы древних наводнений напоминают, что когда-то этот холодный пустынный мир был совсем другим. Вобщем, давайте начинать.

Фобос.

Начнём не с самого Марса, а с его маленького спутника. Хотя, по отношению к Фобосу слово «спутник» это даже как-то слишком солидно звучит. 27 на 22 на 18 километров. Гравитация на нём такая, что человек массой 70 килограммов весил бы меньше 50 граммов.
Он неправильной формы, весь в кратерах, и в целом довольно унылый на вид. И у этой маленькой глыбы есть одна проблема: мы до сих пор толком не понимаем, откуда она вообще взялась.
Фобос похож на астероид, который каким-то образом оказался рядом с Марсом. Такая версия долго считалась вполне логичной. Мол, Марс когда-то поймал пролетающий мимо астероид своей гравитацией. Только вот есть нюанс - просто гравитации недостаточно. Для такого захвата Фобосу пришлось бы каким-то образом потерять достаточно скорости, чтобы просто не пролететь мимо, а затем ещё оказаться на почти круговой орбите почти над экватором Марса.
Захват астероида - процесс маловероятный сам по себе. А захват с последующей стабилизацией орбиты ещё менее вероятный.
Есть и другая идея: Фобос мог образоваться из обломков после очень крупного столкновения Марса с другим небесным телом. Это объясняет экваториальную орбиту, но не объясняет спектр Фобоса. Он не совпадает с типичными марсианскими породами. Скорее уж с чем-то углеродистым. Как у астероидов. Короче, единого мнения нет.

А ещё на Фобосе находится огромный кратер Стикни, около 9–10 километров в диаметре.
Для спутника такого размера это не просто большая вмятина, это практически половина самого Фобоса. Если представить Землю с кратером такого масштаба - он был бы размером с Австралию. Удар был настолько мощным, что спутник вполне мог после него просто перестать существовать. Разлететься на куски. Но каким-то образом Фобос пережил это столкновение. И продолжает летать вокруг Марса до сих пор. Правда, ненадолго. Марс понемногу забирает у Фобоса орбитальную энергию, поэтому спутник постепенно опускается всё ниже. Сейчас он приближается к планете примерно на 1,8 метра за сто лет. Да, для человеческой жизни это вообще ничто. Но у космоса времени много.
Примерно через несколько десятков миллионов лет Фобос подойдёт настолько близко к Марсу, что приливные силы начнут его разрывать. Это называется пределом Роша, граница, внутри которой гравитация планеты разрывает спутник на части. Дальше два варианта: либо остатки врежутся в Марс, либо Фобос развалится на куски и на какое-то время превратится в кольцо из обломков. Как у Сатурна, только меньше и недолговечнее. Кстати, о кольцах.

У Марса могли быть кольца

Когда говорят о планетах с кольцами, Марс обычно даже не приходит в голову.
Сатурн - понятно. Его кольца настолько заметные, что стали визитной карточкой планеты. Даже те, кто не интересуется астрономией, знают: Сатурн - это который с кольцами.
Потом можно вспомнить Уран и Нептун. А Марс это всё-таки просто красная каменистая планета с двумя маленькими спутниками. Только вот, возможно, когда-то у него тоже были кольца.

Мы уже знаем, что Фобос постепенно приближается к Марсу. Но обломки Фобоса не обязательно сразу упадут на поверхность. Часть из них может остаться на орбите и образовать кольцо вокруг Марса. Причём речь не о каком-то символическом облаке пыли. В моделях получается вполне настоящее кольцо из обломков спутника. Но самое странное даже не это. Кольцо тоже не будет существовать вечно. Со временем часть материала кольца может снова собраться в более крупное тело - гравитация штука упорная.
Обломки сталкиваются, слипаются, растут. Получится новый спутник. А дальше история повторяется. Новый спутник начинает медленно приближаться к Марсу. Марс снова разрывает его приливными силами. Получается новое кольцо. Из кольца опять может сформироваться спутник. И снова всё заканчивается тем же самым. Как феникс, который сгорает и возрождается из пепла. Только пепел - это камни и пыль на орбите.
И это не просто красивая теория. Есть модели, согласно которым подобное могло происходить с Марсом несколько раз за его историю. Исследователи предполагают, что Фобос может быть одним из последних звеньев этой цепочки - остатком спутника, который когда-то сформировался из предыдущего кольца. Вот такой круговорот Фобоса в природе.

На Марсе пылевые вихри оставляют следы, которые видно из космоса

Если смотреть на Марс с орбиты можно увидеть как на равнинах появляются длинные тёмные полосы, извивающиеся, пересекающие друг друга и постепенно исчезающие. Оставляют их марсианские вихри, чем-то похожие на земные смерчи.
На Земле пылевой вихрь это обычно довольно скучная штука. Где-нибудь в жарком месте закрутился столбик пыли, покружился и исчез. Можно снять на телефон, выложить в интернет и на этом всё. Никто не пишет диссертации, не проводит исследования. На Марсе такие вихри называют пылевыми дьяволами. Только масштабы могут быть совсем другими.
Некоторые из них вырастают на несколько километров в высоту. Представьте столб пыли высотой с Эльбрус. Проходят по поверхности огромные расстояния. И это не редкость, их фиксируют постоянно.

Механизм довольно простой. Солнце нагревает поверхность Марса, воздух у земли становится теплее и начинает подниматься. Если условия подходящие, возникает вращающийся поток воздуха, который начинает закручивать в себя пыль.
Марсианская поверхность покрыта тонким слоем пыли. Когда через неё проходит такой вихрь, он поднимает пыль в атмосферу и буквально счищает её со своего пути. Под ней оказывается более тёмный грунт. И на поверхности остаётся длинная извилистая полоса. Причём след получается настолько большим, что его можно увидеть с орбиты. Не в телескоп с Земли, конечно. Но с марсианского спутника - да.
Они не вечны. Марсианский ветер постепенно заносит их обратно пылью. Новые вихри оставляют новые полосы, старые исчезают. Некоторые следы могут сохраняться месяцами или даже годами, а потом поверхность снова становится почти такой же, какой была до появления вихря.

Марс как будто сделан из разных планет

Если посмотреть на Марс целиком, сначала кажется, что перед нами обычная каменистая планета. Где-то кратеры, где-то равнины, где-то огромные вулканы. Но если начать сравнивать север и юг - появляется существенная разница.
Южное полушарие это древняя, сильно изрытая кратерами поверхность. Возвышенности, нагорья, кора в среднем заметно толще. Ему как будто миллиарды лет, и оно не скрывает этого.
А потом проходит довольно чёткая граница - не с Земли, конечно, в телескоп её не разглядеть. Но с орбиты Марса отчётливо видно что начинается совсем другой Марс.
Большая часть северного полушария это огромная низменность. Она значительно ровнее. И примерно на несколько километров ниже южной поверхности. Разница в высоте от 3 до 6 километров. Кора северного полушария тоньше южной примерно в два раза: 30-35 километров против 50-60. Эту особенность называют марсианской дихотомией. И проблема в том, что мы до сих пор не знаем точно, как она появилась.

Одна из версий - гигантское столкновение в далёком прошлом. Настолько мощное, что удар буквально перекроил значительную часть коры планеты. В 2008 году учёные даже предложили название для этого гипотетического бассейна - Бореалис, размером примерно 10 600 на 8500 километров. Это больше, чем любая ударная структура в Солнечной системе. Больше, чем бассейн Эйткен на Луне. Больше, чем что-либо, что мы знаем. Если это правда, то Марс пережил удар, который должен был уничтожить планету. Или, по крайней мере, оставить на ней шрам, который не зажил до сих пор.
Есть и другие версии. Например, процессы внутри самого Марса - конвекция в мантии, которая могла постепенно привести к такой разнице между полушариями. Одна половина остывала иначе, чем другая. Одна сжималась, другая оставалась стабильной. И в какой-то момент возникла эта асимметрия.
Возможно мы просто видим результат нескольких событий, а не одного. И дихотомия это не один удар и не один процесс, а совокупность. Удар, потом конвекция, потом ещё что-то. И мы пытаемся найти одну причину там, где их было несколько. Я не знаю, какая версия правильная. Никто пока не знает. Мы видим результат. Мы видим разницу в высоте, в толщине коры, в возрасте поверхности. Но причина - предмет споров.

Дюны на Марсе

На Марсе встречаются песчаные формы двух разных масштабов.
Крупные дюны высотой в десятки метров, расстоянием между гребнями в сотни метров.
И мелкая рябь, сантиметры в высоту, десятки сантиметров между гребнями. На Земле и то и другое образуется одинаково: ветер гонит песок, песок накапливается, возникает рябь, рябь растёт в дюны. Один механизм. На Марсе всё это работает не так, и это выяснилось совсем недавно.
Крупные дюны и мелкая рябь на Марсе движутся независимо друг от друга, они не связаны. Мелкая рябь ползёт по поверхности крупных дюн, как будто дюн вообще нет. Это два разных процесса, которые просто сосуществуют на одной территории. На Земле такого нет. У нас рябь и дюны это одна система, разные масштабы одного явления. На Марсе же - две разные системы.
Потому-что марсианская атмосфера примерно в сто раз разреженнее земной, а сила тяжести почти в три раза меньше. Поэтому песок там ведёт себя совсем не так, как у нас. Ветер слабее взаимодействует с отдельной песчинкой, зато низкая гравитация облегчает её перемещение после того, как она уже сорвалась с места. В результате песок может переноситься своеобразными скачками: зерно подхватывает поток, оно пролетает некоторое расстояние, ударяется о поверхность и запускает в движение другие песчинки.

На Марсе снег может падать вверх

Во-первых, да, на Марсе есть снег. Просто не такой, как мы привыкли.
В атмосфере Марса может образовываться обычный водяной лёд, но большая часть марсианского снега состоит не из воды, а из углекислого газа. Из того самого CO2 которым у нас на Земле газируют воду. На Марсе он при подходящих условиях замерзает прямо из атмосферы, минуя жидкую фазу, и образует ледяные облака. При температуре ниже -125 °C углекислый газ превращается в твёрдые кристаллы. Но самое интересное происходит уже после того, как снежинки начинают падать.

Атмосфера Марса очень разреженная, давление у поверхности примерно в 150 раз меньше земного. Внутри облаков могут возникать довольно сильные вертикальные потоки. Они способны подхватывать частицы льда и снова уносить их вверх. То есть снег вроде бы должен падать. Но часть его по дороге начинает двигаться в обратную сторону.
Всё это происходит потому, что марсианская атмосфера очень тонкая. Снежные частицы могут долго оставаться в воздухе, сталкиваться с потоками газа и перемещаться совсем не так, как крупные снежинки на Земле. Марсианская снежинка это не пушистый кристалл, а микроскопическая ледяная пылинка, диаметром порядка нескольких микрометров. Она почти невесома. И атмосфера, при всей её разреженности, для такой частицы вполне ощутимая среда.
Но если вы в будущем решите запланировать новогодние каникулы на Марсе (вдруг Маск всё-таки построит там город), ждать привычной зимней картины с хлопьями снега за окном не стоит. Он слишком мелкий, находится высоко в атмосфере и, вероятнее всего, не долетает до поверхности, испаряясь по дороге вниз или оставаясь в верхних слоях.
Особо внимательный читатель наверняка задастся вопросом: мол, автор, ты не прав, я видел фото NASA с снегом на марсианских пейзажах. Но это не снег, а иней. Он оседает на поверхности из воздуха, покрывая дюны и склоны белым налётом, и у него другие механизмы появления.

На Марсе бывают синие закаты

С цветом на Марсе всё не так просто. Мы называем его Красной планетой, привыкли видеть на фотографиях рыжевато-коричневую поверхность и примерно представляем, какого цвета там всё должно быть.
А потом наступает закат. И вокруг Солнца небо становится голубым.
Причина - пыль. В атмосфере Марса постоянно висит огромное количество очень мелких частиц. Их размер около 1,5 микрометра, это сравнимо с длиной волны видимого света. И такие частицы рассеивают свет иначе, чем молекулы воздуха на Земле.
На Земле небо голубое из-за рэлеевского рассеяния - молекулы воздуха рассеивают коротковолновый синий свет сильнее, чем длинноволновый красный. Поэтому днём небо синее, а на закате, когда свет проходит длинный путь через атмосферу, синий рассеивается, и мы видим красный закат. На Марсе всё наоборот. Там пыль. И пыль рассеивает красный свет эффективнее, чем синий. Поэтому днём небо красновато-коричневое. А на закате, когда свет идёт по касательной, путь через атмосферу становится длиннее, и пыль начинает работать как линза: она рассеивает красный в стороны, а синий пропускает вперёд. В результате вокруг Солнца появляется голубое свечение.
Причём пыль влияет не только на цвет неба. Во время крупных пылевых бурь она поднимается на огромные высоты, меняет прозрачность атмосферы и может на месяцы изменить то, как выглядит поверхность планеты.
В 2018 году произошла одна из самых мощных пылевых бурь за всю историю наблюдений. Она накрыла всю планету. Opportunity, который работал на Марсе с 2004 года, оказался в эпицентре. Его солнечные панели покрылись пылью, и он не смог заряжать батареи. Последние данные, которые он передал на Землю, это то, что выработка энергии упала до 22 ватт-часов, и что оптическая плотность атмосферы достигла рекордных значений. Это означало практически полную темноту. Больше он не вышел на связь. Opportunity проработал 15 лет, он пережил многое, но пыль его убила.

Когда-то на Марсе были наводнения

Сегодня Марс выглядит так, будто воды на нём не было никогда. Камни, пыль, кратеры. Иногда лёд. Никаких рек, никаких морей, никакой привычной нам жизни вокруг воды. А потом начинаешь рассматривать поверхность, и там обнаруживаются русла, долины и гигантские каналы, которые трудно объяснить чем-то другим, кроме огромных потоков воды.
Долина Маринер это система каньонов длиной около 4000 километров. Для сравнения: Большой Каньон в США - 446 километров. То есть в девять раз длиннее. И глубина до 7 километров. Это не каньон. Это шрам через полпланеты. И это не единственный след.

Есть ещё так называемые каналы оттока - структуры, которые выглядят так, будто по ним прошёл поток воды совершенно безумного масштаба.
Канал Мангала 800-900 километров длиной.
Канал Арес более 1750.
Это всё древние каналы, прорезанный огромными потоками воды, вышедшими из-под поверхности Марса. И это были не спокойные марсианские реки, которые миллионы лет понемногу точили берега. Это были колоссальные наводнения. Катастрофические.
В моделях получаются расходы в десятки, сотни миллионов, а для некоторых сценариев даже в миллиарды кубометров воды в секунду. Для сравнения: Амазонка сегодня переносит примерно 200 тысяч кубометров в секунду. То есть марсианские потоки были в десятки тысяч раз мощнее крупнейшей реки Земли.
Что же произошло? Считается, что когда-то в северном полушарии существовали огромные подземные резервуары воды или льда. А потом что-то их вскрыло. Может быть, вулканическая активность. Может быть, удар. И вода вырвалась наружу. За считанные дни или недели. И прошла по поверхности, оставив эти каналы.
А ещё есть геологические свидетельства того, что в северных низменностях Марса мог существовать древний океан. Его следы это специфические отложения, береговые линии, которые прослеживаются на снимках с орбиты. Споры о том, был ли это настоящий океан или просто крупные водоёмы, идут до сих пор. Но то, что вода там была в больших количествах уже почти не обсуждается.
А потом по этому океану могли пройти мега цунами. Гигантские волны, возникшие после падения крупных космических тел, астероида или кометы, волны поднимаются на сотни метров в высоту. И идут через весь океан, разрушая всё на своём пути. И оставляя отложения, которые мы видим через три с половиной миллиарда лет. Учёные нашли следы как минимум двух таких событий, и компьютерные модели этого удара неплохо совпадают с тем, как сегодня выглядят предполагаемые отложения этой древней волны.
То есть Марс, который сегодня выглядит как холодная пустыня, в прошлом мог переживать совсем другую историю. Реки. Озёра. Возможно, океан. А потом гигантский удар из космоса и волна, которая прошла по целому континенту.
Может ли такое произойти с Землей? Вопрос не в том, может или нет, вопрос в том - когда.

На Марсе нашли органические молекулы, а с метаном там вообще какая-то чертовщина

Слово «органические» звучит так, будто учёные нашли что-то живое. Или, по крайней мере, что-то, что когда-то было живым. Но нет.
Органические молекулы это соединения на основе углерода, и сами по себе они совершенно не доказывают существование жизни. Такие вещества вполне могут образовываться без всякой биологии. Метан - органическое соединение. Бензол - органическое. Толуол - тоже. На Марсе находили даже тиофены. Так что «органический» в химии, это не про жизнь, это про углерод.
Тем не менее таких молекул на Марсе нашли довольно много. И это само по себе интересно, потому что органика на поверхности Марса не должна сохраняться. Ультрафиолет, окислители в грунте, радиация, всё это разрушает сложные молекулы за миллионы лет. Если мы их видим, значит, они либо образовались недавно, либо были защищены от среды.

В 2018 году Curiosity уже находил органику в образцах из кратера Гейла. Среди них были тиофены, бензол и толуол - углеродные соединения, которые могли быть как биологическими, так и геологическими по происхождению. А в 2026 году NASA сообщила, что Curiosity обнаружил в одном из образцов 21 углеродсодержащую молекулу. Семь из них раньше на Марсе вообще не находили. Это самая разнообразная коллекция органических молекул, обнаруженная на Красной планете на тот момент. Учёные пока не могут сказать, образовались они биологическим или геологическим путём. И это, если честно, и есть главная проблема марсианской органики. Мы её видим. Мы можем даже определить, из каких атомов она состоит. Но мы не можем сказать, кто её создал. Потому что одни и те же молекулы могут получиться и в живом организме, и в результате вулканических процессов, и при падении метеорита.

А теперь добавим сюда метан. Метан это CH4, простейший углеводород. На Земле большая его часть производится живыми организмами. Но он может образовываться и без жизни. Например, при взаимодействии воды с оливином, это называется серпентинизация. Или при разложении органики под воздействием тепла. Curiosity уже много лет измеряет содержание метана в атмосфере Марса. И оно ведёт себя довольно странно. Газ то появляется, то исчезает, и его концентрация меняется в зависимости от времени года. А иногда прибор фиксирует резкие всплески, в отдельных случаях концентрация становилась в десятки раз выше обычной. С фоновых значений около 0,4 части на миллиард до 20 и выше. Причём, марсианским летом метана больше, зимой меньше. И это повторяется из года в год.
Но здесь есть проблема, так сказать ложка дёгтя в бочке метана.
Орбитальный аппарат ExoMars, который должен был подтвердить эти измерения, метан в таких количествах не обнаружил. Его приборы чувствительны, он смотрит на атмосферу сверху, и он не видит того, что видит Curiosity с поверхности. Это противоречие до сих пор не разрешено. Либо Curiosity что-то не так измеряет, либо метан как-то локально концентрируется у поверхности и не поднимается в верхние слои, либо мы чего-то не понимаем в атмосферной химии Марса.
Я лично склоняюсь к тому, что мы чего-то не понимаем. Потому что когда два независимых инструмента дают разные результаты, и оба не выглядят ошибочными, значит мы упускаем что-то важное.

В общем, откуда берётся метан до конца не понятно.
Он может образовываться в результате геологических процессов, но на Земле большая его часть производится живыми организмами. Поэтому биологическое происхождение полностью исключить тоже нельзя. Хотя пока никаких доказательств марсианской жизни из этого не получилось. Но и опровергнуть тоже не получилось.
Я не знаю, чем это закончится. Может быть, мы найдём жизнь. Может быть, найдём геологическое объяснение всему. А может быть, окажется, что Марс это планета, которая умеет создавать молекулы, выглядящие как биологические, но не являющиеся ими. И тогда нам придётся пересмотреть само определение того, что мы называем жизнью.

На Марсе есть «пауки», «соты» и другие вещи, которые выглядят так, будто их там быть не должно

На снимках поверхности возле южного полюса можно увидеть огромные тёмные структуры, которые очень напоминают пауков. Тонкие разветвлённые линии расходятся во все стороны от центра, иногда образуя целые поля таких «существ». Разумеется, это не пауки. Это результат сезонных процессов с углекислым льдом. Зимой возле полюса Марса на поверхности накапливается замёрзший углекислый газ. Весной Солнце начинает прогревать грунт под этим слоем. Лёд снизу превращается непосредственно в газ, давление растёт, и в какой-то момент газ прорывается наружу, унося с собой пыль. Так постепенно и появляются эти разветвлённые структуры. Причём они не просто похожи на пауков на фотографии. Их форма действительно определяется тем, как газ ищет путь через лёд и грунт.

А совсем недавно Curiosity обнаружил уже совсем другую странность - огромное поле многоугольных трещин, похожих на пчелиные соты. Каждый такой многоугольник всего несколько сантиметров в поперечнике. Но они заполнили поверхность настолько плотно, что узор продолжается во всех направлениях, насколько хватает взгляда камеры. Сотни, тысячи, десятки тысяч многоугольников. Учёные пока не знают точно, почему именно здесь эти структуры образовались в таком количестве. Есть версия, что это связано с циклами замерзания и оттаивания грунта. Вода или углекислый газ проникают в трещины, замерзают, расширяются, рвут породу. Потом оттаивают, снова замерзают. И так тысячи раз. Постепенно формируется сетка многоугольников. На Земле такие структуры тоже есть в Арктике, в Антарктике, на Шпицбергене. Но на Марсе они выглядят иначе, потому что там другой грунт, другая атмосфера, другая температура.

Марс изучают уже десятилетиями, но самое интересное, возможно, ещё впереди. К нему продолжают лететь новые аппараты. В 2028 году к планете должна отправиться европейская миссия, которая будет бурить поверхность и искать признаки древней жизни уже под грунтом. А японская MMX должна отправиться к Фобосу за образцами его грунта.
Россия в этой истории тоже никуда не делась, не смотря на известные события.
Прямо сейчас на орбите Марса работает аппарат ExoMars, на борту которого находятся два российских прибора, созданных в Институте космических исследований РАН. Один изучает атмосферу и её загадочные газы, включая метан, другой ищет под поверхностью следы водяного льда. Может быть, новые исследования наконец объяснят, откуда берётся марсианский метан. Может быть, найдём что-то, что заставит переписать учебники. А может быть, Марс снова сделает то, что у него получается лучше всего: ответит на один вопрос и тут же задаст три новых.

Следующая часть цикла статей, где мы разбираем странности планет и спутников Солнечной системы (предыдущие в профиле). Сегодня речь пойдет о Луне.
Вообще, для человечества, Луна - один из самых хорошо знакомых объектов в космосе. Мы видим её каждый месяц, знаем про фазы, приливы, кратеры и даже успели оставить на её поверхности несколько следов своего пребывания. Для нас она давно стала просто декорацией на ночном небосводе, которое освещает дорогу влюблённым парочкам ночью, вдохновляет поэтов, да и вообще кажется вечной и неизменной. А зря. Потому что она совсем не такая спокойная и мёртвая, какой кажется с Земли. Луна постепенно уменьшается, иногда трясётся, умудряется ржаветь, прячет под поверхностью целые подземные структуры и даже носит на себе огромные светлые узоры, происхождение которых долго оставалось загадкой. А ещё одна её сторона почему-то совсем не похожа на другую. Давайте разбираться, насколько странным на самом деле является наш ближайший космический сосед.

Луна постепенно уменьшается и из-за этого трясётся

Закройте глаза и попытайтесь мысленно представить себе Луну.
Думаю, не сильно ошибусь, если предположу что получилось что то такое: огромный серый каменный шар, который миллиарды лет спокойно летает вокруг Земли и влияет на приливы/отливы. Но это не совсем так.
Луна постепенно остывает. Когда-то она была значительно горячее, а её внутренности до сих пор медленно теряют тепло. При охлаждении Луна немного сжимается. За последние несколько сотен миллионов лет её диаметр, по оценкам учёных, уменьшился примерно на 50 метров. Это оценка по морфологии разломов, не прямое измерение, но она согласуется с несколькими независимыми работами. Конечно пятьдесят метров для Луны - практически ничто. Но проблема в том, что её поверхность не резиновая. Она не может просто равномерно сжаться вместе со всем остальным. Кора хрупкая, поэтому при сжатии начинает ломаться, образуя характерные уступы - так называемые лопастные обрывы. С Земли их не видно, но на снимках Lunar Reconnaissance Orbiter их тысячи. Почему не видно с Земли? Потому что они слишком низкие. Высота обычно десятки метров, а длина меньше 10 км. На фоне кратеров километрового диаметра это почти незаметная «ступенька». С Земли, даже в хороший телескоп, такое не разглядеть.

И самое что интересное - эти разломы двигаются. Когда одна часть коры сдвигается относительно другой происходит лунотрясение. И это не едва заметная вибрация. Сейсмометры «Аполлонов» зафиксировали лунотрясения магнитудой до 5,5. Некоторые длились больше десяти минут. Для сравнения: землетрясение такой магнитуды на Земле это уже серьёзно. Оно ощущается, оно может повредить здания. Но на Земле такие события длятся секунды. На Луне же минуты. Потому что там нет воды, которая гасит колебания. Некоторые из этих разломов выглядят настолько свежими, что их считают потенциально активными и сегодня. На снимках LRO видны следы обвалов и движения валунов рядом с разломами. Это может быть результатом недавних событий. Недавних по геологическим меркам конечно, то есть, возможно, в пределах последних миллионов лет. А может, и меньше.

На Луне есть ржавчина

Ржавчина сразу ассоциируется с водой. Есть железо, есть вода и кислород, со временем получаем оксид железа. Всё.
А теперь представьте Луну. Атмосферы практически нет. Жидкой воды на поверхности нет. Свободного кислорода нет. Солнечный ветер постоянно бомбардирует поверхность водородом, а водород, наоборот, мешает окислению железа. Он его восстанавливает, а не окисляет.
И всё же на Луне нашли гематит. Это минерал, оксид железа. Та самая ржавчина, только в виде минерала. Его обнаружили по спектральным данным индийского аппарата Chandrayaan-1, причём особенно интересные следы оказались около лунных полюсов.
Откуда там вообще взялись условия для окисления железа, спросите вы? Одна из наиболее интересных идей связана с Землёй.

У нашей планеты есть магнитное поле, и оно не заканчивается аккуратно на границе атмосферы. С солнечной стороны магнитосфера сжимается, а с противоположной вытягивается далеко в космос, образуя длинный магнитный хвост. Когда Луна проходит через него, часть кислорода из верхних слоёв земной атмосферы может оказаться на лунной поверхности. Да, буквально земной кислород может долететь до Луны.
Есть и вода. Её на Луне очень мало, но молекулы и гидроксильные соединения там присутствуют. Поэтому учёные предполагают, что в определённых условиях кислород с Земли и небольшое количество воды могли участвовать в образовании гематита.
Но здесь важно не переборщить с уверенностью. Это объяснение пока остаётся моделью, а не окончательно закрытым вопросом. Мы уверенно видим сам гематит. А вот точный механизм его образования на Луне всё ещё обсуждается. Есть и альтернативные версии - например, что часть гематита могла образоваться при ударах микрометеоритов, которые локально создают условия для окисления. Я лично отношусь к «земной» гипотезе с интересом, но без восторга. Она красивая. Она объясняет, почему гематит концентрируется именно у полюсов и именно в тех регионах, где Луна чаще проходит через магнитный хвост. Но выборка пока небольшая, и данных мало. Так что - рабочая гипотеза, не более.

На Луне есть пещеры

На Земле пещеры получаются благодаря карстовым процессам. Где-то течёт река, растворяет породу, постепенно расширяет трещины, и через тысячи или миллионы лет получается пещера. На Луне же вода для этого совершенно не нужна.
Когда-то на Луне происходили масштабные извержения. По поверхности текли огромные потоки лавы, а там, где верхний слой остывал быстрее внутреннего, могли формироваться длинные полые тоннели. Лава продолжала течь внутри, а затем поток прекращался, оставляя после себя своеобразную трубу. И вот такие лавовые трубы могут сохраняться под поверхностью Луны до сих пор.
Кстати, это не какая-то лунная экзотика. На Земле такие структуры тоже есть, например на Гавайях, в Исландии, на Канарских островах. Некоторые тянутся на десятки километров. Просто там они часто обрушиваются или заполняются водой. На Луне нет воды, нет атмосферы, нет тектоники, которая бы их разрушала (имеется в виду тектоника плит, на Луне нет плит, нет мантийной конвекции в том виде, в каком она есть на Земле. Нет воды, которая просачивается в трещины, замерзает, расширяется и рвёт породу. Нет атмосферы, которая выветривает. Нет корней растений, которые ломают камень. Нет химического выветривания. Лунотрясения есть, но они другого происхождения). По-итогу, трубки могут сохраняться миллиарды лет.
Разрушают ли их лунотрясения? Могут. И, скорее всего, разрушали. Собственно, те самые провалы, которые мы видим, это и есть результат обрушения крыш лавовых трубок. Что-то их обрушило. Возможно, сейсмическая активность. Возможно, метеориты. Возможно, просто время и накопление напряжения. Но масштаб разрушения несопоставим с Землёй. На Земле лавовые трубки живут недолго по геологическим меркам. Их разрушают вода, тектоника, выветривание, оползни. На Луне единственные реальные враги это сейсмика и удары. И то и другое случается редко.

В 2024 году исследователи опубликовали данные радарных наблюдений, указывающие на наличие доступного подземного канала под одним из таких провалов в Море Спокойствия (том самом, где садился «Аполлон-11». Точнее, примерно в 400 километрах к северу от места посадки). По данным исследования, от провала уходит полость, которая может быть частью более крупной лавовой трубы. Параметры такие: сам провал глубиной около 120–130 метров, диаметром примерно сто метров. Считается самым глубоким из известных на Луне. Подземный канал, который от него уходит - шириной около 45 метров, длиной до 80 метров. Дальше радар не видит. Но по конфигурации можно предположить, что он тянется дальше. Возможно, на километры. И вот это уже интересно не только с точки зрения геологии.

На поверхности Луны человек получает максимальный набор проблем: радиация, резкие перепады температуры от +120 °C днём до −170 °C ночью, микрометеориты, отсутствие атмосферы. Под поверхностью всё это исчезает. Толстый слой базальта работает как естественная защита от радиации и ударов. Температура внутри лавовых трубок, по оценкам, стабильна и держится в районе -20 °C. Да, холодно, но не смертельно. Поэтому лунные пещеры рассматривают не как любопытные объекты, а как потенциальные места для баз. Китайские исследователи уже всерьёз прорабатывают концепцию размещения будущей лунной станции в лавовых трубках. Логика простая: зачем строить защиту с нуля, если можно использовать готовую? Правда, есть одна небольшая проблема. Пока никто туда не спустился. Мы пока только смотрим на провалы сверху и пытаемся понять, насколько далеко уходят эти подземные тоннели и что там вообще находится.

У Луны есть магнитные «зонтики», которые рисуют на ней странные узоры

У Земли есть магнитное поле. Оно окружает планету и в значительной степени защищает нас от солнечного ветра. У Луны глобального магнитного поля нет. Это значит, что солнечный ветер -поток заряженных частиц от Солнца - бьёт прямо в поверхность. Без защиты. Миллиарды лет. Казалось бы, на этом всё. Но Луна решила немного усложнить ситуацию. Некоторые участки её коры обладают собственными локальными магнитными полями. Они совсем небольшие по сравнению с земной магнитосферой (от десятков до сотен нанотесла. Для сравнения: у Земли — около 50 000 нанотесла., но на поверхности Луны этого оказывается достаточно, чтобы заметно изменить воздействие солнечного ветра. И именно здесь появляется одна из самых странных вещей на лунной поверхности - так называемые лунные завитки. Это огромные светлые полосы и извивающиеся структуры. Иногда тянутся на сотни километров. Самый известный - Reiner Gamma. Он находится на видимой стороне, в Океане Бурь. С Земли его видно в телескоп, светлое пятно с извилистым хвостом, длиной около 70 километров. Не кратер. Не гора. Просто светлое пятно, которое не должно там быть.

Долгое время было непонятно, почему эти участки настолько светлее окружающего грунта. Сейчас картина выглядит примерно так. Солнечный ветер постоянно бомбардирует лунную поверхность. Из-за этого реголит постепенно меняется и темнеет. Это называется космическое выветривание: частицы внедряются в грунт, меняют его оптические свойства, и поверхность становится темнее. Но там, где под поверхностью есть магнитная аномалия, магнитное поле частично отклоняет частицы солнечного ветра. Получается естественный магнитный «зонтик». Под ним реголит стареет медленнее и остаётся светлее. При этом солнечный ветер не исчезает. Часть частиц отклоняется и попадает на соседние участки. Поэтому вокруг защищённой области поверхность может темнеть сильнее. В результате появляется характерный рисунок из светлых и тёмных полос. Компьютерное моделирование показало, что такое взаимодействие солнечного ветра с локальным магнитным полем действительно способно воспроизводить форму некоторых лунных завитков.

Но я бы не стал говорить, что вопрос закрыт. Есть альтернативные гипотезы. Например, что завитки это следы кометных ударов, которые оставили материал с другими свойствами. Или что магнитные аномалии и завитки это два следствия одной причины, а не причина и следствие. Например, удар, который создал и аномалию, и светлый грунт одновременно. Кстати, откуда взялись сами магнитные аномалии тоже вопрос. Есть версия, что это остатки древнего магнитного поля Луны, которое существовало миллиарды лет назад, когда у неё ещё было жидкое ядро и динамо. Но глобальное поле у Луны исчезло очень давно. Почему отдельные куски коры сохранили намагниченность до конца не ясно. Это может быть связано с ударами, которые намагнитили породу в момент столкновения. А может с чем-то ещё. По сути, мы видим на поверхности Луны рисунок, которого не должно быть. И объясняем его магнетизмом, которого тоже не должно быть. Два «не должно быть» складываются в одно «так и есть».

Одна сторона Луны совсем не похожа на другую

Мы привыкли говорить о «тёмной стороне Луны», хотя правильнее называть её обратной. Она вовсе не в вечной темноте. Солнце освещает её точно так же, как и ту сторону, которую видим мы. «Тёмная» это не про свет. Это про незнание. До 1959 года, до «Луны-3» (советская автоматическая межпланетная станция), мы вообще не знали, как она выглядит. А потом получили первые снимки и увидели совершенно другой мир.

На обращённой к Земле стороне огромные тёмные моря. Гигантские базальтовые равнины, которые занимают примерно треть видимой поверхности. На обратной стороне почти ни одного моря. Зато кратеров плотно, сплошь, без промежутков. Как будто две разные планеты. И дело не в том, что астероиды почему-то особенно любили бомбить обратную сторону. Просто там другая геология.

Кора на обратной стороне значительно толще. По данным гравитационных измерений GRAIL, миссии NASA, которая работала в 2011–2012 годах и составила гравитационную карту Луны, на видимой стороне толщина коры около 30-40 километров, а на обратной 50-60, местами до 80. Более толстую кору магме было сложнее пробить. Поэтому базальтовые излияния, которые сформировали моря, почти все остались на видимой стороне. Обратная это, грубо говоря, кора, которую вулканизм почти не тронул. Зато её миллиарды лет бомбардировали. Но различается не только толщина.

На видимой стороне находится крупная область, богатая калием, редкоземельными элементами и фосфором так называемая KREEP-провинция.
(KREEP аббревиатура, точнее акроним. K - калий, REE - rare earth elements, редкоземельные элементы, P - фосфор). Эти элементы накапливались в остаточном расплаве лунного магматического океана. Они не встраивались в кристаллизующиеся минералы и оставались в жидкости. А потом эта жидкость сконцентрировалась в одном месте. Почему именно на видимой стороне - один из главных вопросов лунной геологии. И ответа у нас до сих пор нет.

Есть несколько версий. Первая - асимметричное охлаждение молодой Луны, из-за которого на видимой стороне образовалась более тонкая кора.
Вторая - гигантский удар, который создал бассейн Южный полюс - Эйткен на обратной стороне. Это крупнейшая ударная структура на Луне и одна из крупнейших в Солнечной системе, около 2500 километров в поперечнике. Такой удар мог радикально перестроить распределение вещества в недрах.
Третья - перераспределение радиоактивных элементов внутри ещё горячей Луны, которое привело к разогреву видимой стороны и более активному вулканизму.

Возможно, сыграло роль сразу несколько процессов. Я лично не уверен, что мы это когда-нибудь узнаем наверняка. Слишком много времени прошло. Слишком мало данных. Но сам факт остаётся. Луна, которую мы привыкли воспринимать как почти идеальный шар, внутри и снаружи перекошена. С одной стороны тонкая кора, огромные лавовые равнины, богатая вулканическая история. С другой - толстая кора и почти сплошное поле древних кратеров.

В 2024 году китайская миссия «Чанъэ-6» впервые вернула образцы с обратной стороны. Это был первый в истории материал оттуда. И первые результаты анализа показали, что вулканизм на обратной стороне всё-таки был, примерно 2,8 миллиарда лет назад. Не такой масштабный, как на видимой, но был. То есть даже «спокойная» обратная сторона не настолько спокойная, как казалось. Просто её вулканизм был слабее и локальнее.

На Луне есть вода даже там, где её вообще не должно быть

Когда впервые начали всерьёз искать воду на Луне, логика была простая. Если вода где-то и сохранилась, то только в местах, куда никогда не попадает солнечный свет. Глубокие полярные кратеры, дно которых не освещалось миллиарды лет. Температура там ниже -170 °C. Лёд может лежать нетронутым вечно. Так и искали. И находили, в кратере Шеклтон, в других полярных ловушках. Всё сходилось. А потом выяснилось, что вода есть там, где Солнце светит прямо на поверхность.

В 2020 году телескоп SOFIA обнаружил молекулы обычной воды H₂O в районе кратера Клавий. Кратер Клавий это большой ударный кратер на видимой стороне Луны, диаметром около 230 километров. Кстати, его видно даже в небольшой телескоп. И вот именно там, в освещённой Солнцем области, SOFIA зафиксировала полосу поглощения на длине волны около 6 микрометров. Это подпись именно молекулярной воды, а не гидроксила.
До этого было много споров. Приборы находили признаки гидратации, но не могли надёжно отличить воду H₂O от гидроксила OH. Спектральные полосы у них близкие, и интерпретация зависела от модели. SOFIA впервые дала прямые данные по H₂O в освещённой области.

И вот здесь возникает вопрос - как вода там удерживается? На Луне нет плотной атмосферы, которая удерживала бы водяной пар. Солнечный свет нагревает поверхность. Ультрафиолет разрушает молекулы. Частицы солнечного ветра постоянно бомбардируют грунт. Казалось бы, вода должна исчезать за считанные дни. Но она там есть.

Один из механизмов её удержания - солнечный ветер. Он постоянно приносит на поверхность водород. В лунном грунте есть кислород, связанный с минералами. При определённых условиях водород и кислород могут образовывать гидроксил, а затем и воду.
Другой источник - микрометеориты. Они сами могут приносить небольшое количество воды. А их удары, с одной стороны, высвобождают уже существующую воду из грунта, с другой создают стеклянные микроструктуры, в которых вода может захватываться.
Есть и третья версия: вода образуется в результате взаимодействия солнечного ветра с оксидами в реголите, а затем мигрирует по поверхности, пока не окажется в ловушке - в порах, в стекле, в дефектах кристаллической решётки. Но я честно скажу: до конца механизм не понятен. Мы видим воду. Мы видим, что она есть даже под Солнцем. Но как она там держится это всё ещё предмет споров. Может быть, дело в том, что вода образуется быстрее, чем разрушается. Может быть, она прячется в микроскопических ловушках, куда не достаёт ультрафиолет. А может, мы просто пока не понимаем всей химии поверхности.
Да, Луна сухая. Очень сухая. Но полностью безводной она всё-таки не оказалась. И это меняет всё - от научной картины до планов будущих баз.

Под лунными кратерами прячутся гигантские гравитационные аномалии

В некоторых местах космические аппараты, пролетающие над поверхностью, притягивается к Луне чуть сильнее, чем должны были бы. Не на много. Но достаточно, чтобы траектория начала отклоняться от расчётной. Причина под поверхностью. Под некоторыми огромными ударными бассейнами спрятаны области с необычно высокой плотностью. Их называют масконами, от английского mass concentration, концентрация массы. Это гигантские сгустки вещества, которые создают заметные гравитационные аномалии. Обычной камерой их не увидеть. Их вообще никак не увидеть, только почувствовать.

Обнаружили их ещё в 1960х. И обнаружили случайно. «Лунар Орбитер», первые американские аппараты на орбите Луны, начали отклоняться от расчётных траекторий. Сначала решили, что проблема в навигации. Но отклонения повторялись. И были систематическими, над одними и теми же районами. А потом появилась миссия GRAIL. Два аппарата, GRAIL-A и GRAIL-B, летели вокруг Луны друг за другом на расстоянии около 200 километров. И постоянно измеряли расстояние между собой с точностью до микрона через радиосигнал. Когда первый аппарат проходил над областью с чуть более сильной гравитацией, он немного ускорялся. Второй, летевший следом, это фиксировал: расстояние между ними менялось. Потом они снова сближались и расходились, проходя через разные участки гравитационного поля. GRAIL работал с сентября 2011 по декабрь 2012 года. За это время он составил гравитационную карту Луны, и именно тогда стало окончательно ясно, как устроены масконы.

Связаны они с гигантскими древними столкновениями. Когда астероид врезался в молодую и гораздо более горячую Луну, он пробивал кору, расплавлял породу и создавал огромный ударный бассейн. После этого происходила целая серия процессов. Поверхность проваливалась. Расплавленный материал перераспределялся. Более плотное вещество мантии оказывалось ближе к поверхности. В результате и формировалась эта странная гравитационная структура.

Есть гипотеза, что именно эти сгустки массы, нагреваясь от радиоактивного распада и создавая локальные напряжения, могли запускать вулканическую активность. То есть удар, который создал бассейн, через миллиарды лет мог стать причиной извержений, которые заполнили этот бассейн лавой. Причина и следствие разнесены на миллиарды лет, но связаны через гравитацию и тепло. Это не доказано, но это красивая идея. И она хорошо объясняет, почему моря заполнены именно там, где находятся масконы.

Мы видим не половину Луны

Луна всегда повернута к Земле одной и той же стороной. Это происходит из-за приливного захвата: время её вращения вокруг своей оси совпадает со временем обращения вокруг Земли. Поэтому логика вроде бы простая. Если одна сторона всегда смотрит на нас, значит, мы видим ровно половину Луны. Но нет. Примерно 59 процентов. И нет, это не потому, что учёные плохо умеют считать.

Луна немного покачивается относительно наблюдателя с Земли. Это называется либрацией. Главная причина этого связана с тем, что орбита Луны не идеальный круг. Когда Луна находится ближе к Земле, она движется по орбите быстрее. Когда дальше медленнее. А вращается вокруг своей оси она практически с постоянной скоростью. В результате иногда она немного «опережает» своё вращение, а иногда немного отстаёт от него. Благодаря этому мы можем заглянуть чуть дальше сначала за один край, потом за другой. Есть ещё либрация по широте. Лунная орбита немного наклонена, поэтому в течение месяца мы можем посмотреть чуть дальше то на северное, то на южное полушарие Луны. И есть совсем небольшой дополнительный эффект - суточная либрация, или параллакс. Наблюдатель находится не в центре Земли, а на её поверхности. Когда Луна восходит, мы смотрим на неё с одного края Земли. Когда заходит - с другого. Разница перспективы добавляет ещё чуть-чуть к обзору. Это уже не «покачивание» Луны, а смена нашей точки зрения. Всё это вместе и даёт те самые 59 процентов. За один раз мы, конечно, не видим 59 процентов. В каждый конкретный момент перед нами всё ещё примерно половина лунного диска. Но если наблюдать Луну достаточно долго - месяц за месяцем, год за годом - она понемногу показывает нам то один край, то другой.

Луна могла извергаться, когда на Земле ещё жили динозавры

Когда говорят о вулканах на Луне, обычно представляется что-то очень древнее. И это логично. Большинство лунных морей действительно образовалось миллиарды лет назад, когда внутри Луны ещё было достаточно тепла для масштабного вулканизма. Долгое время считалось, что примерно миллиард лет назад всё закончилось. Луна остыла. Магма перестала подниматься к поверхности. Вулканическая история закончилась. Потом появился Lunar Reconnaissance Orbiter. С его помощью, на поверхности нашлись небольшие участки, которые выглядят значительно моложе окружающих вулканических равнин. Их называют неправильными морскими образованиями - irregular mare patches, IMP. Они покрыты очень небольшим количеством кратеров. До этого был известен только один похожий объект - Ina, который ещё в 1971 году сфотографировали астронавты «Аполлона-15». Ина тогда выглядела как что-то странное: небольшая впадина с гладким дном и холмами, которая не вписывалась в общую картину. Тридцать лет её считали уникальной аномалией. Оказалось, это не аномалия. Это класс объектов.

В планетологии возраст оценивают по подсчёту кратеров, этот метод работает уже десятилетиями. Чем больше кратеров на поверхности, тем дольше она существует. По этим подсчётам три крупнейших IMP оказались моложе 100 миллионов лет. А Ина, возможно, моложе 50 миллионов. А 50 миллионов лет назад на Земле уже существовали млекопитающие, а динозавры только недавно исчезли.
Есть даже оценки, согласно которым некоторые из этих образований могли возникнуть ещё позже. Но здесь нужно сделать важную оговорку: возраст определяли не по образцам лавы, которые кто-то доставил в лабораторию, а по количеству ударных кратеров на поверхности. Это всё-таки косвенный метод, который работает, если поверхность ведёт себя «нормально», то есть если кратеры на ней образуются так же, как на других участках Луны, и если поверхность не менялась после формирования. Поэтому точные даты остаются предметом обсуждения. И это важно. Мы не можем сказать: «На Луне точно извергался вулкан 50 миллионов лет назад». Правильнее сказать, что есть сильные свидетельства геологически очень молодого вулканизма. Причём настолько молодого, что он заставляет пересмотреть представления о том, насколько быстро Луна должна была остыть. Это противоречит всем моделям тепловой эволюции Луны. По ним она должна была остыть и затвердеть ещё миллиард лет назад.

Но я бы не спешил с выводами. Потому что здесь есть принципиальная проблема.
В 2024 году учёные проанализировала спектры IMP. Вывод: они не показывают признаков стекла, которое должно было бы остаться от свежей лавы или пирокластических выбросов. По составу они похожи на обычный базальт окружающих морей. Это не похоже на недавнее извержение. Есть альтернативная гипотеза: IMP это древние вулканические породы, которые были вскрыты недавно. Например, из-за выхода газов из недр или из-за обрушения пустот. Пористая порода разрушается иначе, кратеры на ней получаются меньше, чем должны были бы. Поэтому подсчёт кратеров даёт заниженный возраст.
Я не знаю, какая версия правильная. Есть сильные аргументы в пользу молодого вулканизма: морфология IMP слишком свежая, склоны слишком крутые, чтобы сохраняться миллиарды лет. Есть сильные аргументы в пользу древнего происхождения: спектры не показывают свежего материала. Возможно, правда где-то посередине. Но сам факт остаётся фактом. На Луне есть структуры, которые выглядят так, будто вулканы там извергались не миллиард лет назад, а вчера по геологическим меркам. И мы не знаем, что это значит.

Когда-то у Луны была настоящая атмосфера

Сегодня вокруг Луны нет атмосферы в привычном смысле. Есть экзосфера - крайне разреженная оболочка из отдельных атомов и молекул. Там есть гелий, неон, аргон, немного водорода, натрий, калий. Но это скорее отдельные атомы и молекулы, летающие практически в пустоте. Но так было не всегда. Миллиарды лет назад Луна была другим местом. Внутри неё ещё оставалось огромное количество тепла. На поверхности происходили масштабные извержения. Не такие, как на Земле, но для Луны колоссальные. Магма поднималась, заполняла бассейны, создавала те самые моря, которые мы видим сегодня. И вместе с магмой на поверхность выходили газы. Водяной пар. Угарный и углекислый газ. Сернистые соединения. Метан. Аммиак. Всё это летучие компоненты, которые были растворены в магме и высвобождались при извержениях. И если газа выбрасывалось достаточно много, на некоторое время вокруг Луны могла сформироваться настоящая атмосфера. Не такая, конечно, как на Земле. Но достаточно плотная, чтобы это уже нельзя было назвать просто экзосферой.

Модели NASA показывают, что во время наиболее активных периодов вулканизма эта атмосфера могла быть даже плотнее современной атмосферы Марса. Она существовала не миллиарды лет, а относительно короткое по космическим меркам время. Возможно, десятки миллионов лет. Потом вулканическая активность ослабла, источник газа практически исчез, молекулы разгонялись ультрафиолетом и солнечным ветром и покидали Луну навсегда. Через несколько сотен миллионов лет от неё осталось то, что мы видим сегодня.

И вот здесь появляется ещё одна связь. Часть воды, которую мы сегодня находим на Луне, в полярных кратерах и в реголите, могла иметь вулканическое происхождение. Водяной пар, выброшенный при извержениях, поднимался в атмосферу, переносился к полюсам, где конденсировался и оседал. И там сохранился до наших дней. Это гипотеза. Не доказанный факт. Есть и другие источники воды - солнечный ветер, микрометеориты, кометы. Но вулканический канал выглядит правдоподобно. Он объясняет, почему вода концентрируется именно в полярных ловушках. Если она там оказалась из атмосферы, то так и должно быть. Я лично отношусь к этой идее с осторожным интересом. Мне нравится, что она связывает две вещи, которые обычно обсуждают отдельно: древний вулканизм и современные запасы воды. Но я бы не стал говорить, что это решённый вопрос. Слишком мало данных. Слишком много моделей, которые работают, но не исключают друг друга.

В этом веке к Луне летят снова. «Артемида», «Чанъэ», частные миссии. Роскосмос тоже не отказался от планов, но после крушения «Луны-25» в 2023 году сроки сдвинулись: следующая станция, «Луна-26», теперь планируется на 2028 год, а посадочные аппараты на 2029-2030.
Может быть, кто-то наконец спустится в провал в Море Спокойствия. Может быть, мы возьмём образцы из Ины. Может быть, узнаем, почему две стороны такие разные. А может быть, Луна удивит нас снова, как удивляла каждые десять лет на протяжении всей истории её изучения. Я на это рассчитываю.

Земля в общем-то место довольно хорошо изученное.
Ну или по крайней мере, нам так кажется. Собственно, имеем на это право, ведь мы живём здесь, летаем вокруг неё на спутниках, бурим скважины, да и вообще вроде бы давно разобрались, что это за такой шар - много воды, атмосфера, жизнь, континенты, океаны.

А что, если я сейчас скажу, что прямо сейчас где-то над грозовым облаком рождается антиматерия? Глубоко под нашими ногами находится вода, запертая внутри камня? Атмосфера понемногу утекает в космос, а над обычными грозами происходят электрические разряды, о существовании которых человечество ещё совсем недавно даже не подозревало?
Давайте вместе посмотрим, насколько странной на самом деле является планета, которую мы считаем своим домом.

Грозы на Земле умеют делать антиматерию

Гроза, казалось бы, максимально привычное явление. Мы знаем, что внутри облаков сталкиваются ледяные кристаллы, капли воды и частицы града, накапливаются электрические заряды, а потом между ними происходит гигантский разряд. Но иногда гроза делает кое-что, чего от неё вообще не ждёшь - она производит антиматерию.
(Если кто не знает, что такое антиматерия: это своеобразная зеркальная версия обычного вещества. У неё свои античастицы, например, у электрона есть позитрон. И если частица встречается со своей античастицей, обе исчезают, превращаясь в энергию. В статье расписано подробнее).

Так вот, некоторые мощные грозовые системы способны создавать так называемые террестриальные гамма-всплески. Звучит страшно научно, но по сути это очень короткие импульсы гамма-излучения. Они длятся ничтожные доли секунды и возникают высоко внутри грозовых облаков. Механизм связан с тем, что электрические поля в грозе способны разгонять электроны до огромных скоростей. Вернее не просто до огромных, а до релятивистских, где уже нужно учитывать теорию относительности. Эти электроны сталкиваются с молекулами атмосферы и порождают гамма-кванты. А если гамма-квант обладает достаточной энергией и взаимодействует с веществом подходящим образом, он может породить пару частиц: обычный электрон и его античастицу - позитрон.
То есть да, прямо сейчас где-то внутри грозового облака появляется частица антиматерии. Да, конечно позитроны существуют совсем недолго, встретившись с обычными электронами, они аннигилируют, частицы уничтожаются, а их энергия превращается в излучение. Но сам факт от этого никуда не исчезает.

Глубоко внутри Земли находится огромный запас воды, запертой в минералах

Когда вы слышите про воду на Земле, первым делом наверняка представляете океаны. Потом вспоминаются ледники, реки, озёра, грунтовые воды и атмосферу. В общем, всё то, что можно увидеть, потрогать или хотя бы примерно представить. Но часть земной воды находится на глубине сотен километров под нашими ногами. И нет, там нет гигантского подземного океана. Вода там находится в основном в другом виде - она заперта внутри кристаллической структуры определённых минералов.

Нам особенно интересна переходная зона мантии на глубине примерно от 410 до 660 километров. Там под чудовищным давлением и высокой температурой обычные минералы, которые мы знаем по земной поверхности, начинают менять свою кристаллическую структуру. Один из таких минералов - оливин. При погружении на большую глубину давление становится настолько высоким, что его атомы перестраиваются, и примерно на глубине 520 километров он может превращаться в более плотную форму - рингвудит. И вот он способен удерживать в своей кристаллической структуре водород, связанный с кислородом.

Как вода туда попадает? Через субдукцию. Океаническая кора, насыщенная водой - в основном в виде серпентина и других гидратированных минералов, уходит под континентальную плиту и уносит с собой часть воды, которая была связана с породами и минералами, где при огромном давлении минералы способны удерживать её внутри своей структуры. А затем, по мере движения вещества мантии и изменения температуры и давления, эти минералы могут отдавать воду обратно. Часть её участвует в процессах внутри Земли, а часть в конечном итоге может снова попасть ближе к поверхности.

Оценки объёма этой воды разнятся. Кто-то говорит, что её столько же, сколько в Мировом океане. Кто-то что в разы меньше. Я лично отношусь к верхним оценкам скептически, потому что они основаны на экстраполяции от единичных включений, а это всегда рискованно. Но даже по самым скромным оценкам речь о массе воды, сопоставимой с несколькими океанами. Поэтому круговорот воды на Земле гораздо больше привычной схемы «океан - облако - дождь - река - океан». Часть воды действительно путешествует внутри самой планеты. Медленно, на протяжении миллионов лет, запертая не в подземных морях, а буквально внутри минералов.

Земля постепенно теряет атмосферу

Атмосфера нашей планеты не является герметичной оболочкой. Это не открытие, это известно давно. Но масштаб потерь и механизмы - это то, что мы начали понимать относительно недавно, во многом благодаря миссии MAVEN на Марсе. Потому что Марс это естественный эксперимент: планета, которая потеряла атмосферу. И мы хотели понять, как именно.
В реалиях Земли конечно речь не идёт о том, что атмосфера просто постепенно «выдувается» в космос. Основные потери происходят очень высоко - в верхних слоях атмосферы, где плотность газа уже ничтожна. Там отдельные частицы находятся на огромных расстояниях друг от друга и могут получить достаточно энергии, чтобы преодолеть земную гравитацию.

Источником этой энергии в первую очередь становятся Солнце и космическая погода. Ультрафиолетовое и рентгеновское излучение нагревает верхнюю атмосферу, а солнечный ветер постоянно взаимодействует с магнитосферой Земли. Некоторые частицы разгоняются до таких скоростей, что уже не возвращаются обратно. Водород уходит легко. Гелий тоже. Кислород - сложнее, но тоже уходит. Ионы кислорода, захваченные магнитным полем, ускоряются в полярных областях и выбрасываются вдоль силовых линий. Это называется полярный ветер.

Масштаб? Примерно 3 килограмма вещества в секунду. Три килограмма. Это ничто по сравнению с массой атмосферы, но это происходит. Прямо сейчас. И это происходит уже 4,5 миллиарда лет. (срочно бежать скупать кислородные баллоны не нужно).

В центре Земли находится раскалённый металлический шар, который движется и способен менять форму

Здесь я должен признаться: я до конца не понимаю, как они это измеряют. И это, наверное, единственное место в этой статье, где я честно скажу: не понимаю. Речь о вращении внутреннего ядра. Идея, что оно может вращаться не синхронно с мантией, обсуждается с 1996 года, когда Сон и Ричардс опубликовали в Nature работу, где предположили, что внутреннее ядро смещается относительно мантии примерно на градус в год. Потом были работы, которые это оспаривали. Потом работы, которые подтверждали. Потом работы 2023 года, где говорилось, что вращение не постоянно, а колеблется с периодом около 70 лет. Я читал эти статьи. Я понимаю общий принцип - по сути землетрясение работает для геофизиков как огромный естественный сканер. Оно отправляет сейсмические волны через всю планету, а те по-разному проходят через твёрдые и жидкие слои. Одни волны могут проходить через внутреннее ядро, другие нет. Их скорость и направление тоже меняются в зависимости от того, через какой материал они проходят. Поэтому, если одно и то же землетрясение регистрируют сейсмометры в разных точках Земли, учёные могут сравнивать, как именно волны дошли до каждой станции. Если со временем в этих сигналах появляются очень небольшие изменения, это может говорить о том, что внутри планеты что-то изменилось: например, положение внутреннего ядра относительно поверхности или особенности его структуры. Но речь о разнице в десятые доли секунды на фоне шума. Я доверяю авторам. Но с оговоркой.

Давайте по порядку. На глубине в примерно 5000 километров находится внутреннее ядро Земли, огромный шар преимущественно из железа и никеля. И температура там примерно 5400 °C. Примерно такая-же температура у поверхности Солнца. На первый взгляд возникает вопрос: почему тогда внутреннее ядро вообще твёрдое? Потому что температура это ещё не всё. В центре Земли давление настолько огромное, что оно способно удерживать железо в твёрдом состоянии даже при такой температуре. Но внутреннее ядро оказалось ещё интереснее. Оно не обязательно вращается точно так же, как вся остальная Земля. Сейсмические наблюдения показывают, что внутреннее ядро может двигаться относительно мантии и поверхности планеты. Причём это движение не является постоянным: со временем характер относительного вращения меняется. А последние исследования указывают ещё на одну вещь. Внешняя часть внутреннего ядра может деформироваться. То есть наше представление о нём как об идеально твёрдом металлическом шаре, который спокойно сидит в самом центре Земли, оказалось слишком простым. Там происходит движение. Там меняется положение. И, судя по сейсмическим данным, там может медленно меняться даже форма самого ядра. И это меняет картину. Потому что если внутреннее ядро деформируется, значит, оно не просто «сидит» в центре и вращается. Оно участвует в конвекции. Оно взаимодействует с внешним ядром не только через вращение, но и через форму. И это, в свою очередь, влияет на генерацию магнитного поля. Я не знаю, к чему это приведёт. Но я знаю, что модель «твёрдый шар в центре» устарела.

У Земли есть собственная электрическая погода

Теперь вернёмся обратно к поверхности. Точнее, немного выше.
Раньше мы смотрели на грозы тысячи лет. Мы рисовали их, описывали, боялись. И не замечали, что над ними происходит целый электрический мир. Просто потому, что он длится миллисекунды и находится на высоте, куда мы не могли попасть. В более современное время пилоты рассказывали о странных вспышках над грозами ещё десятилетиями назад. Но научное сообщество относилось к ним скептически. Мол, оптические эффекты, отражения, галлюцинации на высоте. Когда появились камеры, способные снимать достаточно быстро, оказалось, что рассказы пилотов были правдой. Над грозами действительно существует целый мир электрических явлений. И они совсем не похожи на обычные молнии.

Например, существуют спрайты - огромные кратковременные вспышки, которые возникают высоко над грозовыми облаками. Они могут простираться на десятки километров вверх и иметь причудливую форму, напоминающую красные ветвящиеся деревья или медуз.
Есть голубые джеты - узкие электрические разряды, направленные вверх от вершины грозового облака. А иногда возникают гигантские джеты, которые способны протянуться от облака практически до нижней части ионосферы.
А есть ещё более странные явления - так называемые атмосферные эльфы. Это быстро расширяющиеся светящиеся диски в верхней атмосфере. Они могут достигать сотен километров в диаметре, но существуют меньше миллисекунды.

То есть пока человек внизу смотрит на молнию и думает: «Ого, как шарахнуло», над этой же грозой атмосфера может устраивать собственное световое представление.

Земля постоянно гудит

Да, даже научный термин есть - гул Земли. Связан он с землетрясениями и с океаном.
Вообще, Земля кажется нам неподвижной только потому, что мы живём на её поверхности и привыкли к её движениям. Но если посмотреть на планету с точки зрения сейсмологии, она никогда не бывает полностью спокойной. У планеты есть собственные нормальные колебания - это такие своеобразные режимы, в которых вся Земля может двигаться как единое целое. После сильного землетрясения они особенно заметны: планета получает хороший удар и начинает долго «звенеть». Только это не звук в привычном смысле. Воздух вокруг нас от него не начинает гудеть, и человек ничего не услышит. Речь идёт о чрезвычайно медленных колебаниях самой планеты, которые регистрируют чувствительные сейсмометры. Сильное землетрясение лишь на время делает эти колебания гораздо заметнее, но и в обычных условиях Земля тоже постоянно получает энергию извне. И одна из главных причин - океаны. Огромные волны постоянно взаимодействуют друг с другом. Когда волны движутся навстречу и накладываются, их взаимодействие создаёт очень медленные колебания давления в воде. Они воздействуют на морское дно и передают часть своей энергии твёрдой Земле. Кроме того, постоянно взаимодействуют океан и атмосфера, меняется давление, возникают длиннопериодные волны, и всё это вносит свой вклад в едва заметную постоянную вибрацию планеты. Поэтому Земля действительно находится в состоянии очень слабого непрерывного движения. Просто большую часть этого движения мы совершенно не замечаем.

Землетрясения и золото

Золото считается одним из самых неподвижных и скучных с точки зрения геологии элементов. Оно находится где-то глубоко в породе, миллионы лет лежит там без дела, а потом приходит человек, находит его и начинает очень радоваться. Но на самом деле земные недра способны сами постепенно собирать золото в месторождения. И в некоторых случаях им помогают землетрясения.

Глубоко под поверхностью существуют трещины, заполненные горячими растворами. Эти жидкости циркулируют через породы и могут переносить растворённые химические элементы, в том числе золото. Пока температура, давление и химический состав раствора подходят для этого, золото может оставаться в нём растворённым и перемещаться вместе с жидкостью.
А затем происходит землетрясение. Порода резко деформируется, давление в трещинах падает, раствор начинает быстро менять свои свойства. В некоторых условиях вода может даже частично переходить в пар, а растворённые вещества выпадать из жидкости и оседать на стенках трещин. Так один небольшой сейсмический эпизод способен оставить после себя тончайший слой минералов. Следующее землетрясение может повторить процесс. И ещё одно. И ещё. Миллионы лет таких циклов способны постепенно концентрировать золото в одном месте.

Но есть здесь ещё более любопытная деталь. В 2024 году вышла работа в Nature Geoscience, где эксперимент показал, что механическое воздействие на кварц способно создавать электрическое напряжение на его поверхности. Если менее заумно - оказалось, что кварц обладает пьезоэлектрическими свойствами. Это известно с XIX века, но применительно к золоту - новое. Механизм таков: когда кристалл деформируется, например под воздействием механического напряжения (землетрясение), на его поверхности возникает электрический потенциал. Учёные показали в экспериментах, что такого напряжения может быть достаточно, чтобы запустить электрохимическое осаждение золота из раствора. То есть во время сейсмической нагрузки кварц способен на короткое время превращаться в своеобразный естественный электрод.

В этом эксперименте золото не просто осаждалось на кварце. Уже появившиеся частицы золота становились местами, где последующее золото накапливалось ещё активнее. Получается своеобразный эффект снежного кома: сначала образуется небольшое количество золота, а затем оно может становиться центром для дальнейшего роста.
Механизм правдоподобный. Но я бы не стал говорить, что мы теперь знаем, как образуются все золотые месторождения. Это одна из гипотез, которая хорошо работает для некоторых типов месторождений. Для других - работают другие механизмы.

На дне океана существуют озёра, которые живут по своим законам

Вода на дне океана может лежать отдельным озером. Такие образования называют рассольными бассейнами, и здесь нет никакой магии. Просто вода может быть настолько солёной, что становится значительно плотнее обычной морской воды.

Образуются эти озёра тоже довольно необычно.
В некоторых районах океана под морским дном сохранились древние соляные отложения, ещё из мезозоя. Морская вода просачивается в эти породы и начинает растворять соль. Чем больше соли в ней растворяется, тем выше становится её плотность. В конце концов получается настолько тяжёлый рассол, что он уже ведёт себя совсем не так, как обычная морская вода. Когда такой рассол выходит из породы на морское дно, он не стремится подняться вверх и не смешивается с окружающей водой мгновенно. Он тяжелее неё и поэтому растекается по поверхности дна, буквально стекая вниз по подводному рельефу. Если на пути оказывается естественная впадина, рассол начинает скапливаться в ней. Постепенно его может накопиться столько, что образуется настоящий подводный бассейн со своей границей между рассолом и обычной морской водой. И граница эта действительно может напоминать поверхность озера. На ней возникают волны, а сам рассол может медленно течь внутри бассейна. Только вместо воздуха над водой здесь находится обычная морская вода, а вместо берега окружающее морское дно.

По дну океана могут течь реки

Но подводные озёра ещё не самое странное. Потому что иногда эта плотная вода не просто собирается в одном месте. Она течёт. Причина всё та же - плотность.
Такие потоки способны переносить растворённые вещества и осадки, формировать своеобразные каналы и впадины, а в некоторых местах постепенно собираться в рассольные бассейны. Получается целая гидрологическая система, которая существует буквально под водой. Они существуют в Чёрном море, в Средиземном, в Мексиканском заливе.

Внутри Земли есть структуры размером с континент

Мы знаем, как выглядит поверхность Земли. Континенты можно сфотографировать из космоса. А теперь попробуйте заглянуть на глубину в несколько тысяч километров. Здесь наши возможности заканчиваются практически мгновенно. Самые глубокие человеческие скважины прошли лишь небольшую часть земной коры. До мантии мы не добрались. До ядра тем более. Но это не означает, что мы ничего не знаем о том, что находится внутри. Потому что Землю постоянно «просвечивают» землетрясения, о чём мы уже говорили выше.

В нижней мантии, на глубинах от 2000 километров и ниже, есть области, где сейсмические волны идут медленнее, чем вокруг. Их называют крупные провинции с низкой скоростью поперечных волн. Две основные под Африкой и под Тихим океаном и имеют размеры континентального масштаба. Мы не знаем, из чего они состоят, но судя по данным, отличаются от окружающей мантии температурой и, вероятно, составом.

И это ещё не всё. Непосредственно над границей ядра и мантии обнаружены ещё более странные структуры - ультранизкоскоростные зоны. Они меньше, от десятков до сотен километров, и находятся прямо над границей ядра и мантии. Некоторые из них настолько странные по сейсмическим свойствам, что мы не можем объяснить их одной моделью. Возможно, частично расплавленные породы. Возможно, древний материал с необычным составом. Возможно, и то и другое.

Если всё это подытожить - планета, на которой мы живём, странная. Но странная не в смысле «вау, чудеса». Странная в смысле «мы смотрим и не понимаем».
Я не знаю, что мы найдём в следующие двадцать лет. Но я знаю, что фраза «Земля хорошо изучена» - неправда.

Продолжаем серию странностей планет Солнечной системы. На очереди - Венера, наша ближайшая соседка. На фотографиях она выглядит довольно скучно: бело-жёлтый шар, полностью скрытый под облаками. Даже не видно поверхности, никаких красивых кратеров, гор или каньонов. Если человека с базовыми знаниями астрономии попросить быстро описать Венеру, скорее всего получится что-то вроде: «Планета, похожая на Землю, только горячая». И формально всё правильно. Венера действительно почти такого же размера, как Земля, и действительно горячая. Очень горячая.

Но слово «горячая» вообще не передаёт масштаб происходящего. На Венере день длиннее года, Солнце встаёт на западе, облака состоят из капель серной кислоты, а давление у поверхности такое, будто вы оказались почти на километровой глубине под водой. И самое интересное - всё это происходит на планете, которая по своим размерам и составу подозрительно похожа на нашу Землю. Давайте посмотрим, что же с ней произошло.

На Венере день длиннее года

Венера обращается вокруг Солнца примерно за 225 земных суток. То есть полный круг по орбите она делает меньше чем за земной год. Ничего необычного. А вот вокруг собственной оси Венера вращается примерно 243 земных суток. Получается что Венера успевает облететь Солнце раньше, чем повернуться вокруг своей оси.

Представьте, что вы каким-то чудом оказались на поверхности. Солнце медленно поднялось над горизонтом. И теперь вам предстоит ждать почти два месяца, прежде чем оно снова скроется за горизонтом, а потом еще 2 месяца ночи. Правда, есть нюанс. Из-за обратного вращения Солнце будет двигаться по небу совсем не так, как мы привыкли.
На Земле мы привыкли к простой схеме - Земля вращается с запада на восток, поэтому нам кажется, что Солнце движется по небу с востока на запад. На Венере же наоборот. Так как планета вращается в противоположном направлении, Солнце там восходит примерно на западе и садится на востоке. Поэтому, если вы когда-нибудь решите отправиться на Венеру, вот один совет: не ориентируйтесь по Солнцу.

Почему Венера вообще решила вращаться задом наперёд - вопрос гораздо интереснее. Одна из идей заключается в том, что когда-то очень давно в молодую Венеру могло врезаться достаточно крупное тело и сильно изменить её вращение. Есть и другие объяснения, в которых участвуют приливные силы Солнца и сама атмосфера планеты. Причём атмосфера Венеры настолько массивная и динамичная, что она действительно способна влиять на вращение всей планеты. Как именно Венера пришла к нынешнему состоянию, окончательно не установлено.

Венера горячее Меркурия, хотя находится дальше от Солнца

Меркурий - ближайшая к Солнцу планета. Он находится почти в два раза ближе к Солнцу, чем Венера. Днём его поверхность может нагреваться примерно до 430 °C. А на Венере около 465 °C. То есть планета, находящаяся дальше от Солнца, умудряется быть горячее той, которая находится практически рядом с ним. И дело не в том, что Венера получает больше солнечного света. Наоборот. Главная причина находится у неё над головой.

Венера окружена невероятно плотной атмосферой, состоящей преимущественно из углекислого газа. Солнечный свет проникает через атмосферу и нагревает поверхность. Поверхность в ответ излучает энергию обратно в инфракрасном диапазоне. Но вот тут начинается проблема.
Плотная атмосфера очень эффективно удерживает это тепло. Излучение не может просто взять и уйти в космос. Оно поглощается атмосферой, переизлучается, снова поглощается и так далее. Получается чудовищно мощный парниковый эффект. И благодаря ему Венера превратилась в настоящую планетарную духовку. Причём настолько эффективную, что температура на дневной и ночной стороне отличается не так сильно, как можно было бы ожидать.

К примеру на Земле достаточно, чтобы Солнце ушло за горизонт, и поверхность начинает постепенно остывать. На Венере атмосфера практически не даёт ей этого сделать. Тепло активно переносится по планете, и поэтому даже там, где Солнце не светит месяцами, всё равно остаётся около тех же самых адских температур.

Атмосфера Венеры давит так, будто вы находитесь почти на километровой глубине под водой

У поверхности Венеры атмосферное давление примерно в 92 раза выше земного. Для сравнения, на Земле такое давление можно получить, погрузившись под воду примерно на 900 метров. То есть если бы вы каким-то невероятным образом оказались на поверхности Венеры, на вас сверху давила бы атмосфера с силой, сопоставимой с давлением огромного столба воды. Хотя, думаю, слово «огромное давление» вас всё-таки не особо впечатляет, давайте переведём в цифры.
На среднего человека, ростом 185 см., на каждый 1 см² его тела давило бы ~93кг. Или суммарно ~1 935 тонн. Это эквивалентно примерно 88 гружёных КАМАЗам, ну или 323 африканских слона.
А на советский аппарат (это был шар, вернее титановая сфера, диаметром 0,8 м., кстати сферическая форма не случайна - она идеальна для равномерного давления) который сделал фотографии поверхности нашей соседки, суммарно давило ~ 1 900 т., или 87 гружёный КамАЗ, или 320 слонов. И всё это при температуре около 465 °C. (постфактум, уже при расчёте увидел что и на человека и на советский зонд давило примерно одинаково).

Причём сама атмосфера настолько плотная, что у поверхности она уже совсем не напоминает привычный нам воздух. Углекислого газа там настолько много, что его поведение при таких температурах и давлениях становится совсем другим. Поэтому посадить аппарат на Венеру - это не просто «отправить зонд и аккуратно посадить его на поверхность». Аппарат сначала должен пережить вход в атмосферу. Потом чудовищную температуру. Потом давление. А после посадки ему нужно продолжать работать в условиях, где обычная электроника довольно быстро начинает чувствовать себя очень плохо. Первые советские аппараты, которым удалось передать данные непосредственно с поверхности Венеры, прожили там всего несколько десятков минут или часов - в зависимости от конкретной миссии.

Если после всего этого вам всё ещё кажется, что Венера просто очень горячая Земля, пришло время посмотреть вверх. На Земле облака состоят в основном из воды. Где-то это капли, где-то кристаллы льда, и в общем случае ничего особенно страшного. На Венере всё несколько веселее. Её плотная атмосфера окружена огромными облачными слоями, в которых присутствует серная кислота. Да, именно она. Та самая штука, с которой на Земле обычно стараются обращаться так, чтобы она не попала вам на руки, одежду и вообще куда-либо ещё.

Причём Венера не является гигантским кислотным душем. Капли серной кислоты формируются высоко в атмосфере, а затем опускаются вниз. Но в раскалённых нижних слоях атмосферы они постепенно испаряются, так что до поверхности этот дождь в привычном смысле не добирается.

Зато на Венере может идти снег. Только не такой, как вы думаете. Конечно после сернокислотных облаков и температуры в 465 °C слово «снег» звучит на Венере довольно нелепо. Но определённая его разновидность там действительно существует. Правда, если вы представили белые снежинки, придётся вас разочаровать. На поверхности Венеры встречаются горы и высокогорные области, покрытые необычным ярким материалом. Учёные считают, что это могут быть соединения металлов - например, сульфиды или другие вещества, которые при высоких температурах могут испаряться, а затем конденсироваться в более холодных местах. Получается почти настоящий снегопад, только вместо воды из атмосферы оседает что-то вроде металлической измороси.

На Венере почти нет тектоники плит, и это большая загадка

Если посмотреть на Землю из космоса, наша планета кажется довольно спокойной. Но на самом деле её поверхность постоянно находится в движении. Континенты ползут друг относительно друга, океаническая кора рождается возле срединно-океанических хребтов, а старые участки погружаются обратно в недра планеты. У Венеры ничего подобного мы не обнаружили. Её поверхность не разбита на привычные нам движущиеся тектонические плиты. И вот здесь возникает интересный вопрос: почему?

Венера почти такая же большая, как Земля. Значит, внутри неё должно быть достаточно тепла. Более того, её поверхность явно не мёртвая. Там есть огромные вулканические равнины, разломы, складки и другие признаки активных процессов. Но вместо земной системы плит Венера, похоже, сбрасывает внутреннее тепло каким-то другим способом.

Есть гипотеза, что её литосфера время от времени становится настолько перегруженной напряжениями, что происходят масштабные эпизоды перестройки поверхности. Не постоянное медленное движение плит, как на Земле, а скорее долгие периоды относительного спокойствия, которые сменяются крупными геологическими событиями. И это тоже странно.

Сейчас поверхность Венеры сравнительно молодая. Большая часть сохранившегося рельефа, судя по оценкам, сформировалась относительно недавно - примерно за последние несколько сотен миллионов лет. При этом планете почти 4,5 миллиарда лет, она сформировалась примерно тогда же, когда и Земля. Почему так? Одна из самых интересных гипотез предполагает, что в прошлом Венера могла пережить практически глобальную перестройку поверхности. Внутреннее тепло накапливалось, напряжения росли, вулканизм усиливался, и в какой-то момент огромные участки коры могли буквально оказаться залиты лавой. Не один вулкан. Не одна область. Практически планета целиком могла пережить масштабное обновление поверхности. В пользу этой теории говорит то, что у Венеры очень мало ударных кратеров по сравнению с другими каменными мирами. Для планеты такого возраста это странно. Если бы поверхность спокойно лежала миллиарды лет, её должно было бы изрядно засыпать следами астероидных ударов. А их относительно мало.

Но здесь есть важная оговорка: это не установленный факт. Это одна из моделей, которая пытается объяснить сравнительно молодой возраст поверхности Венеры.

У Венеры нет собственного магнитного поля

У Земли есть магнитное поле. Оно окружает планету огромным невидимым пузырём и защищает нас от солнечного ветра. У Венера, несмотря на размеры, почти сравнимые с земными, собственного глобального магнитного поля нет. Магнитометры космических аппаратов обнаружили вокруг Венеры магнитное поле, но оно возникает не внутри самой планеты. Его фактически создаёт взаимодействие солнечного ветра с верхними слоями атмосферы.

Почему так? Мы точно не знаем. Считается, что магнитное поле Земли возникает благодаря движениям проводящего вещества в жидком внешнем ядре. Венера тоже имеет металлическое ядро, но почему там не работает похожий механизм до конца не понятно. Среди возможных причин называют очень медленное вращение планеты и особенности состояния её недр.

Причём отсутствие магнитного поля имеет вполне реальные последствия. Верхние слои атмосферы Венеры непосредственно взаимодействуют с солнечным ветром, и частицы атмосферы постепенно утекают в космос. В том числе таким способом Венера теряет водород и кислород - два элемента, из которых состоит вода. То есть магнитное поле, которого у Венеры нет, вполне может быть одной из деталей огромной истории о том, куда делась её вода. И, кстати, о воде.

На Венере есть места, которые могут оказаться древними континентами

На Венере встречаются огромные участки сильно изломанной и испещрённой складками поверхности. Их называют тессерами. Но интересны они не только внешним видом. Тессеры считаются одними из самых древних участков поверхности Венеры. И некоторые данные намекают на ещё более интересную вещь: отдельные их области могут содержать породы, похожие на гранит. А на Земле гранит в больших количествах связан с континентальной корой и процессами, в которых большую роль играет вода. Если это действительно так, последствия довольно серьёзные. Потому что тогда под облаками серной кислоты могут лежать остатки чего-то очень похожего на древние континенты. А если для формирования этих пород действительно требовалось много воды, то перед нами уже возможный след совсем другой Венеры - гораздо более влажной и, возможно, когда-то имевшей океаны.

Но есть проблема. Мы пока не можем просто сесть на тессеру, взять кусок камня и проверить его в лаборатории. Последний аппарат, который успешно сел на Венеру, работал там считанные десятки минут или часы, а большая часть поверхности вообще исследована только радиолокацией. Поэтому пока мы имеем просто очень странную улику. Возможно, где-то под венерианскими облаками лежат древние континенты. А возможно, мы просто слишком сильно хотим увидеть там Землю. И вот это как раз предстоит выяснить будущим миссиям.

На Венере есть гигантские кольца, которые могут быть следами процессов внутри планеты

Есть на Венере структуры, которые выглядят так, будто кто-то взял циркуль и нарисовал на поверхности планеты огромные кольца. Их называют коронами. Только это не обычные кратеры. Некоторые из них имеют размеры в сотни километров и окружены сложной системой концентрических разломов и складок. Долгое время учёные вообще не были уверены, что именно их создаёт. Одна из основных идей заключается в том, что под короной из глубины поднимается горячее вещество мантии. Оно давит на литосферу снизу, заставляет поверхность выгибаться, растекаться в стороны и трескаться.

Исследования последних лет показывают, что некоторые короны могут быть связаны с процессами, напоминающими субдукцию - когда один участок коры уходит обратно в недра планеты. Только на Венере это происходит не в рамках привычной системы тектонических плит, как на Земле. Получается довольно странная ситуация. Тектонических плит, похоже, нет. А отдельные процессы, которые напоминают земную тектонику, вполне могут происходить.

На Венере есть вулканы, похожие на блины

И вот здесь Венера окончательно перестаёт выглядеть как нормальная планета. На её поверхности обнаружены вулканические образования, которые называют «блинными куполами». Почему блинными? Потому что они действительно выглядят примерно как гигантские блины. Широкие, почти плоские сверху, с крутыми краями. Некоторые достигают примерно 60 километров в диаметре.

Формируются они, предположительно, из очень вязкой лавы. Она не растекается тонким слоем по огромной площади, как жидкая базальтовая лава, а медленно выдавливается наружу и постепенно образует огромный купол. А потом остывает и трескается. Поэтому поверхность этих образований покрыта характерными разломами и впадинами.

На Венере почти нет времён года

Земля наклонена относительно своей орбиты примерно на 23,5°, поэтому в течение года разные полушария по очереди получают больше солнечного света. А у Венеры с этим всё довольно скучно. Её ось вращения практически не наклонена относительно орбитальной плоскости. Если считать направление вращения с учётом того, что Венера крутится «задом наперёд», наклон получается около 177°, но по сути это означает всего несколько градусов отклонения от положения «вверх ногами». Поэтому на Венере нет нормальной смены времён года. Не будет там привычного нам момента, когда северное полушарие постепенно нагревается, потом наступает лето, а через несколько месяцев всё начинает остывать. Венера практически не знает, что такое весна, лето, осень и зима.

У нас зима и лето отличаются температурой на десятки градусов. А на Венере сама планета устроена так, что сезонная разница почти не имеет значения: в среднем по поверхности держится около 465 °C. То есть если представить себе венерианский календарь, там можно было бы просто написать:
Январь: 465 °C.
Июль: 465 °C.
Ничего не меняется. Правда, это не значит, что Венера совсем неподвижна в климатическом смысле. Там происходят огромные атмосферные процессы, гуляют сверхбыстрые ветры, меняются облака и химия атмосферы. Просто всё это происходит без нашего привычного годового переключателя «лето - зима».

У Венеры есть спутник. Почти.

У Венеры вообще нет настоящей Луны. Она вместе с Меркурием - единственные планеты Солнечной системы без естественных спутников. Но у Венеры есть кое-что забавное.

Рядом с ней движется астероид Zoozve - небольшой объект размером примерно от 200 до 500 метров, который вращается вокруг Солнца, но при этом остаётся гравитационно связанным с движением Венеры (его орбита устроена так, что с точки зрения Венеры он всё время остаётся поблизости). Такие объекты называют квазиспутниками. Кстати название Zoozve появилось из-за забавной истории: первоначально на иллюстрации этого объекта было ошибочно написано именно так, и название в итоге прижилось.

И вот получается планета, у которой нет ни одной настоящей Луны, зато есть астероид, который болтается рядом и делает вид, что он спутник. Венера вообще любит такие компромиссы. Даже Луну себе завела, но ненастоящую. Вот такая вот соседка.

На фоне предыдущего поста решил сделать цикл статей про нашу родненькую Солнечную систему, с необычными фактами и странностями. Нет, никаких конспирологических теорий и зелёных человечков тут не будет, и без них у нас странностей хватает.

Начну с ближайшей к Солнцу планеты - Меркурий. Ведь если попросить человека быстро описать Меркурий, скорее всего получится что-то вроде: маленькая планета, ближайшая к Солнцу, очень горячая, вся в кратерах. И вроде бы всё правильно. Но есть одна проблема. Меркурий вообще не такой простой, каким кажется. Ведь чем больше мы его изучаем, тем больше он начинает походить не на скучный каменный шар, а на какой-то набор космических исключений. Здесь Солнце способно взойти дважды за один день, в вечной темноте лежит водяной лёд, а под тонкой каменной оболочкой скрывается совершенно неприлично большое железное ядро. И это только начало, пожалуй, начнём.

На Меркурии Солнце может взойти дважды

Представьте, что вы стоите на поверхности Меркурия и смотрите на восток. Солнце медленно появляется над горизонтом. Нормальный рассвет. А потом Солнце начинает двигаться обратно. Оно опускается к горизонту, может исчезнуть и через некоторое время снова появляется. Нет, это не ошибка наблюдателя. И нет, Меркурий не начал внезапно вращаться в обратную сторону. Всё дело в том, что Меркурий вращается вокруг своей оси очень медленно: один оборот занимает около 59 земных суток. А вокруг Солнца он успевает облететь всего за 88 суток. Причём эти два движения связаны очень необычным образом. За два оборота вокруг Солнца Меркурий совершает ровно три оборота вокруг своей оси. Такой режим называется орбитально-вращательным резонансом 3:2. Но важна здесь не столько сама цифра, сколько последствия.

Орбита Меркурия заметно вытянута. Когда планета приближается к Солнцу, она движется по орбите быстрее. Настолько быстрее, что в определённый момент её орбитальное движение начинает «обгонять» вращение поверхности. И если вы в этот момент находитесь в подходящем месте, Солнце на небе начинает вести себя совершенно издевательски: сначала движется в одну сторону, потом останавливается, идёт обратно, а затем снова продолжает свой путь.

Причём один полный солнечный день на Меркурии длится около 176 земных суток. Иными словами, если вам не нравится, допустим, понедельник, то представьте, что на Меркурии понедельник может длиться несколько месяцев.

На ближайшей к Солнцу планете есть лёд

Обычная бытовая логика подсказывает, что лёд и Меркурий находятся где-то на противоположных концах шкалы. Солнце рядом. Планета маленькая. Днём поверхность в некоторых местах нагревается примерно до 430 °C. И всё же на Меркурии есть водяной лёд. Причём не в каком-то древнем слое породы, который каким-то чудом сохранился с момента рождения планеты. Лёд находится прямо на поверхности и под ней в глубочайших полярных кратерах. Как это возможно?

У Меркурия почти отсутствует наклон оси вращения. Поэтому в районе полюсов существуют глубокие кратеры, куда солнечный свет практически никогда не попадает. В результате там могут сохраняться температуры, близкие к тем, при которых вода спокойно остаётся льдом. MESSENGER (это американская межпланетная станция, изучавшая Меркурий) обнаружил в таких областях признаки значительных запасов водяного льда. Причём его там, судя по данным, совсем не символическое количество.

Откуда вода взялась, тоже довольно интересно. Скорее всего, значительная её часть была принесена на Меркурий кометами и астероидами. А потом оказалась в тех местах, где Солнце не может её испарить.

У Меркурия огромное ядро

Металлическое ядро Меркурия занимает огромную долю объёма планеты и составляет значительную часть её массы. По сравнению с Землёй пропорции совершенно ненормальные: у Меркурия необычайно большая металлическая часть и относительно тонкая силикатная оболочка. И вот тут у планетологов возникает очень простой вопрос: почему?

Есть несколько идей. Одна из них звучит примерно так: когда-то очень давно Меркурий пережил гигантское столкновение. Настолько мощное, что значительную часть его каменной оболочки могло просто снести в космос, но металл при этом остался.

Есть и другие варианты. Возможно, особенности формирования планеты так близко к Солнцу изначально привели к тому, что Меркурий получил необычно много железа. Возможно, сыграли роль химические процессы в ранней Солнечной системе. Окончательного ответа у нас пока нет.

Магнитное поле Меркурия почему-то съехало в сторону

Вот здесь Меркурий подкидывает ещё одну загадку. У Земли есть мощное магнитное поле. У Меркурия тоже есть. И это само по себе интересно. Планета маленькая, очень горячая, находится рядом с Солнцем и имеет сравнительно медленное вращение. Казалось бы, условия не самые очевидные для существования глобального магнитного поля. Но оно есть. Причём не просто есть, оно имеет довольно необычную структуру.

Магнитный диполь Меркурия смещён относительно центра планеты примерно на 20% её радиуса в сторону северного полюса. То есть, ядро находится в центре планеты, а создаваемое им магнитное поле нет. Почему? Вот этого мы до конца не знаем.

Но и это ещё не всё. Меркурий находится настолько близко к Солнцу, что его магнитосфера постоянно получает по голове от солнечного ветра - потока заряженных частиц, летящих от Солнца. И взаимодействие получается настолько бурным, что в магнитном поле возникают своеобразные структуры, через которые частицы солнечного ветра могут проникать ближе к поверхности. Земле в этом смысле повезло гораздо больше. Её магнитосфера отклоняет значительную часть заряженных частиц, а плотная атмосфера служит дополнительным щитом. У Меркурия полноценной атмосферы практически нет, поэтому частицы, сумевшие прорваться через магнитосферу, могут практически беспрепятственно добраться до поверхности.

И всё это происходит на планете, которая при своих небольших размерах каким-то образом до сих пор поддерживает собственное глобальное магнитное поле. Маленький Меркурий, в общем, оказался куда более интересным с точки зрения физики, чем должен был бы казаться

У него почти нет атмосферы. Зато есть хвост

У Меркурия существует чрезвычайно разреженная экзосфера. Это не атмосфера в привычном смысле слова - молекулы там настолько редки, что частицы практически не сталкиваются друг с другом. Откуда они берутся? Часть выбивается с поверхности солнечным ветром. Часть энергичным ультрафиолетовым излучением. Свою роль играют и микрометеориты, постоянно бомбардирующие поверхность. В результате вокруг Меркурия постоянно находится облако отдельных атомов и ионов.

Среди них есть натрий. И вот тут начинается самое красивое. Солнечный ветер подхватывает эти частицы и вытягивает их за планетой. В результате у Меркурия образуется длинный хвост. Да-да. У планеты есть хвост. Он чем-то напоминает хвост кометы, и тоже направлен от Солнца.

Разумеется, Меркурий не превратился в комету. Просто физика в данном случае решила использовать похожий трюк: частицы с поверхности подхватываются солнечным воздействием и уносятся прочь. Особенно хорошо этот хвост виден благодаря натрию, который светится под воздействием солнечного излучения.

И получается довольно красивая картина. Перед нами маленькая каменная планета, почти лишённая атмосферы, с огромным железным ядром, собственным магнитным полем и длинным светящимся хвостом из вещества, которое буквально утекает с её поверхности. И ведь это всё ещё тот самый Меркурий, про который обычно говорят: «А,ну да, ближайшая к Солнцу маленькая планета». Кажется, мы его немного недооценили.

На Меркурии есть загадочные впадины, которые будто разъедают поверхность

Когда космический аппарат фотографирует поверхность планеты, мы обычно ожидаем увидеть три вещи: кратеры, камни и ещё немного кратеров. Меркурий в этом отношении долго не разочаровывал. Но потом на снимках обнаружили кое-что совершенно другое - небольшие яркие углубления, разбросанные по поверхности. Их назвали hollows - «впадинами» или «полостями».

Выглядят они довольно странно. Это неглубокие, часто неправильной формы углубления с очень яркими внутренними стенками и краями. Некоторые совсем маленькие, другие растягиваются на километры. И вот здесь начинается самое интересное. Мы до сих пор не знаем точно, как они образуются.

На Земле нам привычно объяснять изменения поверхности водой, ветром, льдом, вулканизмом. На Меркурии с этим всё сложнее. Плотной атмосферы практически нет, жидкой воды на поверхности тоже нет. Зато есть Солнце. Очень много Солнца. Одна из основных гипотез предполагает, что под действием солнечного излучения и частиц с поверхности постепенно удаляются определённые летучие вещества. Особенно интересны соединения серы и других элементов. Порода буквально теряет часть своего вещества.

Но механизм этого процесса гораздо сложнее, чем просто «Солнце испаряет камень». Некоторые поло0сти связаны с определёнными минералами и геологическими структурами, а скорость их формирования и возраст до сих пор обсуждаются. То есть перед нами не обязательно древний след далёкого прошлого. Меркурий может продолжать медленно менять собственную поверхность. Камень там, конечно, не исчезает у нас на глазах, но в масштабах геологического времени планета действительно способна понемногу «съедать» саму себя.

Меркурий сжимается

Когда-то он был горячее, затем начал остывать. А когда планета остывает, её внутреннее вещество немного сжимается. Меркурий настолько маленький, что это охлаждение заметно отразилось на всей планете. Его каменная оболочка постепенно сжималась, и поверхность начала буквально морщиться.

На снимках мы видим гигантские уступы - длинные обрывы, которые могут протягиваться на сотни километров. Когда-то два участка поверхности находились дальше друг от друга, а затем один как бы наполз на другой. Планета уменьшалась и поверхность была вынуждена подстраиваться. Это одна из тех вещей, которые сложно почувствовать, пока не представишь масштаб.

Причём MESSENGER обнаружил небольшие геологически молодые уступы. Это стало важным аргументом в пользу того, что сжатие Меркурия происходило не только в далёком прошлом. Возможно, планета продолжает понемногу сжиматься и сегодня. Не очень быстро, не настолько, чтобы мы могли это заметить. Но Меркурий, до сих пор медленно остывает и становится чуть меньше.

Огромный удар смял поверхность на другой стороне планеты

А теперь история о том, насколько далеко может распространиться последствия одного столкновения. На Меркурии есть гигантский бассейн Калорис. Когда-то в планету врезалось огромное тело, настолько большое, что образовавшийся ударный бассейн имеет диаметр около 1500 километров. Для такой маленькой планеты это чудовищный удар.

Но самое интересное находится не там, куда прилетел астероид. На противоположной стороне Меркурия обнаружена область, которую называют «странной местностью»

Хаотичные холмы, борозды, неровности, огромные блоки породы. Почему? Предполагается, что при ударе в недрах планеты возникли мощнейшие сейсмические волны. Они разошлись во все стороны, прошли через Меркурий и сфокусировались примерно на противоположной стороне.

Представьте, что вы ударили молотком по шару. В месте удара останется вмятина, но энергия не исчезнет. Она пойдёт внутрь шара. И если геометрия подходящая, где-то с противоположной стороны вы получите ещё один очень неприятный сюрприз. Именно это, вероятно, и произошло с Меркурием.

Меркурий оказался совсем не таким «выжаренным», как мы ожидали

Меркурий находится рядом с Солнцем. Очень рядом. Значит, когда Солнечная система была молодой и всё вокруг только формировалось, там должно было быть особенно жарко. А раз было жарко, то лёгкие и летучие вещества должны были плохо сохраняться. Поэтому долгое время существовала довольно естественная мысль: Меркурий должен быть своеобразным «обожжённым остатком» планеты. То есть большая часть летучих веществ должна была исчезнуть ещё на этапе формирования.

А потом прилетел MESSENGER и выяснилось: Не совсем. На поверхности Меркурия обнаружилось довольно много серы, калия и других летучих элементов. И вот это уже серьёзная проблема для слишком простых моделей происхождения планеты. Потому что получается, что Меркурий каким-то образом сформировался и пережил раннюю историю Солнечной системы, не потеряв всё летучее содержимое. Причём это связано не только с химическим составом. Летучие элементы могут быть связаны с тем, как формировалась поверхность, почему появляются впадины и какие процессы происходят в недрах.

То есть одна неожиданная находка потянула за собой целую цепочку вопросов. И здесь есть важный момент. Наука не говорит: «Мы нашли серу, значит, теперь всё понятно». Наоборот. Иногда хорошее измерение делает ситуацию хуже, потому что старая теория объясняла наблюдения. А потом появляются новые данные и выясняется, что объясняла она их слишком хорошо только потому, что мы не знали всей картины.

Меркурий оказался не обугленным камнем, из которого Солнце выбило всё лишнее. Он сохранил гораздо больше «строительного материала», чем мы ожидали. И теперь приходится выяснять, как именно ему это удалось.

Меркурий помог Эйнштейну понять, что с гравитацией Ньютона что-то не так

Ещё задолго до космических аппаратов астрономы очень внимательно следили за движением Меркурия и заметили странность - его орбита постепенно поворачивается. Это само по себе не удивительно, другие планеты тоже влияют на Меркурий своей гравитацией, поэтому его орбита должна немного изменяться. Но когда астрономы учли все известные эффекты, оставалась небольшая лишняя часть. Меркурий всё равно двигался не совсем так, как должен был согласно ньютоновской гравитации. Разница была крошечной, но именно такие крошечные несоответствия иногда оказываются самыми интересными. Потому что если теория прекрасно работает почти везде, но в одном месте появляется маленькая ошибка, можно попробовать выяснить: проблема в измерениях или проблема в самой теории?

В случае Меркурия оказалось второе. В 1915 году Альберт Эйнштейн опубликовал общую теорию относительности. Согласно ей, гравитация это не просто сила, с которой одно тело притягивает другое. Массивные объекты искривляют пространство-время вокруг себя. А как мы помним, Меркурий находится очень близко к Солнцу, поэтому его орбита особенно хорошо чувствует этот эффект. И дополнительное смещение перигелия Меркурия оказалось именно таким, каким его предсказывала теория относительности.

Вот тут маленькая планета внезапно получила совершенно другой статус. Она оказалась не просто ближайшим к Солнцу каменным шаром. Меркурий стал одним из первых серьёзных намёков природы на то, что ньютоновская картина Вселенной неполна. И это, пожалуй, лучший способ закончить разговор о странностях Меркурия.
Не такая уж скучная первая планета от Солнца.

Еще совсем недавно поиски жизни за пределами Земли напоминали попытку найти иголку в стоге сена. Только вместо иголки у них была «вторая Земля», а вместо сена - бескрайнее звездное небо. Астрономы открывали экзопланеты - миры вращающиеся вокруг других звезд - пачками. Среди них были раскаленные газовые гиганты, ледяные гиганты, планеты с орбитой длиной всего несколько часов и даже такие, где год длится меньше суток. Но почти всех их объединяло одно: жизнь в привычном нам понимании там выглядела практически невозможной. Учёные мечтали о каменистой планете с атмосферой, водой и температурой, как у нас. Чтобы океаны были жидкими, а не замерзшими или кипящими. Но долгое время любые новости об этом звучали с кучей оговорок: «возможно», «предположительно», «если». Настоящего, четкого «да» не было. И тут бац! - событие, которое астрономы называют прорывом.

Речь идет о планете LHS 1140b. Формально она вовсе не новая, ее обнаружили еще в 2017 году. Но именно сейчас благодаря космическому телескопу James Webb ученые впервые получили убедительные доказательства того, что у этой каменистой планеты действительно есть атмосфера. Причем речь идет не о косвенных расчетах, а о реальном наблюдении вещества, покидающего верхние слои атмосферы.

Может показаться странным, что весь научный мир так обрадовался обнаружению обычного гелия. Ну есть газ вокруг далекой планеты, и что дальше? Но дело не в самом гелии. Важно другое. Его вообще удалось обнаружить. Представьте себе, что вы смотрите на дом, который находится за сотни километров. Самого дома почти не видно, но вы замечаете дым, поднимающийся из трубы. Даже не видя здания целиком, вы уже понимаете: труба существует, внутри есть воздух, а возможно, кто-то даже развел огонь. С LHS 1140b ситуация очень похожая. Астрономы увидели не всю атмосферу целиком - современные телескопы пока не способны фотографировать настолько далекие планеты в деталях. Вместо этого они обнаружили поток гелия, который постепенно улетает в космос (под действием мощного ультрафиолетового излучения звезды отдельные атомы получают столько энергии, что начинают постепенно покидать планету). А раз газ улетает, значит, ему есть откуда улетать. То есть атмосфера действительно существует и она протяженная. Раньше такое удавалось видеть только у газовых гигантов-монстров. А тут каменистая суперземля. Это первый случай, когда мы можем детально изучать атмосферу мира, похожего на наш. Для науки это невероятно важный момент.

И это только начало. Теперь, когда существование атмосферы подтверждено, астрономы могут искать в ней гораздо более сложные вещества: водяной пар, углекислый газ, метан и другие молекулы. Каждая из них это еще один кусочек огромной головоломки, из которой постепенно складывается портрет далекой планеты. Впервые в истории человечество не просто обнаружило еще один мир у другой звезды. Мы начали понимать, какой у него воздух. И еще десять лет назад подобная фраза прозвучала бы как научная фантастика.

Ведь до недавних пор главной проблемой большинства потенциально пригодных для жизни миров была именно неизвестность. Планета может находиться в так называемой зоне обитаемости, получать от своей звезды примерно столько же энергии, сколько Земля получает от Солнца, иметь подходящие размеры и массу, но если атмосферы нет, все эти достоинства практически теряют смысл.

Вспомните Марс. Когда-то там текли реки и плескались озера. А теперь холодная безжизненная пустыня. Почему? Потому что он потерял атмосферу. Без плотной газовой оболочки планета уже не может надежно удерживать тепло и защищать поверхность от жесткого космического излучения. Именно поэтому новость о LHS 1140b вызвала такой ажиотаж. Мы наконец получили один из первых действительно надежных примеров каменистой планеты в обитаемой зоне, которая, судя по наблюдениям, сумела сохранить атмосферу.

Но самое интересное это даже не атмосфера. Некоторые модели показывают, что под ней может скрываться целый планетарный океан, настоящий, огромный водный мир, покрывающий большую часть поверхности. Представьте, что материков нет. Вообще. Нет гор, нет континентов, только бескрайняя водная гладь, уходящая за горизонт. А под многокилометровым слоем воды скалистое ядро. Если это подтвердится, LHS 1140b станет главным кандидатом для поиска внеземной жизни. Все крупные обсерватории мира сейчас смотрят именно на неё. Мы, возможно, впервые в истории оказались так близко к ответу на древний вопрос: Мы одни во Вселенной, или где-то там, в 48 световых годах от нас, уже давно есть кто-то еще?

Какая же ты, LHS 1140b?

Если бы мы могли сесть на космический корабль и рвануть к LHS 1140b, путешествие было бы оооочень долгим. Даже свет, самая быстрая штука во Вселенной, добирается туда почти 48 лет. Это значит, что мы видим планету такой, какой она была полвека назад. Когда свет, попавший сегодня в телескоп Джеймса Уэбба, только отправился в путь, у нас не было ни смартфонов, ни соцсетей, а интернет был диковинкой. Но по космическим меркам 48 световых года это почти соседи. Наша галактика шириной 100 тысяч световых лет, так что LHS 1140b у нас буквально на районе. Именно относительная близость и сделала ее одной из главных целей для современных телескопов.

Планета вращается вокруг звезды с довольно непримечательным названием LHS 1140. Это красный карлик, самый распространенный тип звезд во Вселенной. По оценкам астрономов, именно красные карлики составляют примерно три четверти всех звезд нашей Галактики. И вот здесь начинается первое серьезное отличие от нашей Солнечной системы.

Красные карлики это не копия нашего Солнца. Они значительно меньше, холоднее и светят намного слабее. Если бы вместо нашего Солнца внезапно оказался красный карлик вроде LHS 1140, на Земле наступили бы вечные сумерки. Днем было бы светло, но привычного яркого солнечного света уже не существовало бы.

Казалось бы, если звезда тусклая, откуда планете брать тепло? Хитрость в том, что планета расположена значительно ближе к материнской звезде, нежели Земля.
Для сравнения: Земля находится примерно в 150 миллионах километров от Солнца. Именно это расстояние обеспечивает комфортную температуру, при которой вода остается жидкой.
LHS 1140b получает примерно похожее количество энергии, но делает это совсем иначе. Она обращается вокруг своей звезды примерно за 25 земных суток, тогда как Земле на полный оборот требуется целый год. Но поскольку её звезда светит значительно слабее Солнца, столь близкая орбита вовсе не превращает планету в раскаленный ад. Наоборот, именно такое расстояние позволяет ей оказаться внутри так называемой зоны обитаемости, где при наличии подходящей атмосферы вода может существовать в жидком состоянии. Именно атмосфера здесь играет ключевую роль. Без нее даже идеальное расстояние ничего не гарантирует.

В нашей собственной Солнечной системе это хорошо видно на примере Марса. Формально он тоже находится недалеко от внешней границы зоны обитаемости, однако из-за очень разреженной атмосферы его средняя температура составляет около –60 °C.
Венера демонстрирует противоположную ситуацию. Она тоже находится в пределах зоны, где можно было бы ожидать умеренный климат, но ее чрезвычайно плотная атмосфера создала настолько мощный парниковый эффект, что поверхность разогрелась почти до 470 °C. Этого достаточно, чтобы расплавить свинец.

Но есть еще одна особенность этой планеты. Из-за очень близкой орбиты сила притяжения звезды постепенно затормозила вращение планеты. В результате LHS 1140b, скорее всего, находится в состоянии приливного захвата. Это означает, что она всегда повернута к своей звезде одной и той же стороной. На одной стороне вечный день, на другой вечная ночь. Жизнь? Казалось бы, какая тут жизнь? А вот и нет. Современные модели говорят, что если атмосфера достаточно плотная, она переносит тепло с освещенной стороны на темную. То же самое делают океаны, если они есть. В итоге вместо ледяного ада и раскаленной сковородки мы получаем огромную переходную зону - вечные сумерки, где климат может быть вполне мягким. Представьте себе мир, где солнце никогда не садится и не встает, а просто висит у горизонта вечность. Завораживающее зрелище, не правда ли? И возможно, именно так выглядит один из самых перспективных кандидатов на роль второй Земли.

Как можно изучить атмосферу планеты, которую невозможно увидеть?

Наверное, у многих возникнет вполне закономерный вопрос. Как мы вообще узнали об атмосфере, если планета за 50 световых лет? Неужели современные телескопы способны фотографировать поверхность таких далеких миров?
К сожалению, пока нет. И дело здесь вовсе не в слабости наших технологий. Представьте, что вы стоите в Москве и пытаетесь разглядеть светлячка, который летает где-нибудь во Владивостоке. Даже если взять самый мощный бинокль в мире, задача окажется практически невыполнимой. С экзопланетами ситуация еще сложнее. Проблема даже не в расстоянии, а в том, что рядом с планетой находится звезда. Она настолько яркая, что полностью затмевает собой крошечный мир, который вращается вокруг нее. Поэтому астрономы пошли другим путем. Они перестали пытаться рассмотреть саму планету, вместо этого они начали внимательно изучать свет звезды. Именно здесь начинается настоящая магия современной астрономии.

Орбита LHS 1140b расположена очень удачно для наблюдений с Земли. Каждые двадцать пять суток она проходит точно между своей звездой и нами. Такое событие называется транзитом. Во время транзита яркость звезды совсем немного уменьшается, потому что планета закрывает часть ее диска. Именно благодаря таким небольшим падениям яркости астрономы открыли тысячи экзопланет. Но James Webb умеет делать гораздо больше.

Представьте обычный белый фонарик и кусок цветного стекла. Если посветить через красное стекло, свет изменится. Через синее - тоже. Каждый материал пропускает одни цвета лучше, а другие задерживает. С атмосферой планеты происходит примерно то-же самое. Когда LHS 1140b проходит перед звездой, небольшая часть звездного света проходит не только мимо планеты, но и сквозь тонкий слой ее атмосферы, и вот здесь начинаются та самая магия современной науки. Различные газы ведут себя совершенно по-разному. Водяной пар поглощает одни длины волн, углекислый газ другие, метан третьи, гелий четвертые. Анализируя, каких именно цветов не хватает, ученые определяют, какие газы есть в атмосфере. А раз каких-то цветов стало меньше, значит, их поглотил определенный газ. Это называется транзитная спектроскопия. И это чертовски сложно. Яркость звезды меняется на доли процента, а изменения в спектре еще слабее. Раньше такое считали невозможным. Но Джеймс Уэбб создавали как раз ради таких сверхточных измерений. Сегодня это один из самых мощных инструментов для изучения экзопланет. Фактически ученые исследуют не саму планету, а тончайшую полоску света, которая прошла через ее атмосферу.
Кстати, все приборы телескопа охлаждены почти до абсолютного нуля. Зачем? Любое тёплое тело само излучает инфракрасный свет. Если бы телескоп нагрелся хотя бы до комнатной температуры, он буквально ослепил бы самого себя собственным тепловым излучением. Поэтому Webb постоянно скрывается в тени гигантского пятислойного солнечного экрана размером с теннисный корт. Благодаря ему научные приборы работают при температуре около -233 °C. Именно в таких условиях удается регистрировать едва заметные изменения в спектре света далеких звезд.

Что скрывается под облаками LHS 1140b?

Итак, ученые получили убедительные свидетельства того, что у LHS 1140b есть атмосфера. Но атмосфера это лишь верхушка айсберга. Самый интересный вопрос начинается сразу после этого. Что там под атмосферой?

К сожалению, сегодня ни один телескоп не способен увидеть поверхность этой планеты. Даже James Webb не может показать нам океаны, континенты или горные цепи. Все, что мы знаем, приходится восстанавливать буквально по кусочкам, словно археологи, пытающиеся представить древний город по нескольким найденным камням. Однако этих «камней» становится все больше. И некоторые выводы уже можно делать с довольно высокой уверенностью.

Первое, что важно понять, - LHS 1140b значительно крупнее нашей планеты. Ее радиус примерно в 1,7 раза больше земного, а масса почти в 5,5 раза превышает массу Земли. Гравитация там выше раза в полтора-два. Если бы вы там оказались, вам казалось бы, что вы постоянно носите тяжелый рюкзак. 80-килограммовый человек чувствовал бы себя на 130-150 кг. Прыгать - никакого удовольствия. Но у этого есть плюс: мощная гравитация отлично удерживает атмосферу. Такие планеты называют суперземлями. И да, это вовсе не означает, что перед нами огромная копия Земли с гигантскими лесами, океанами и животными размером с динозавров. Термин «суперземля» говорит только о размере и массе. Это каменистая планета, которая тяжелее Земли, но при этом гораздо легче ледяных гигантов вроде Нептуна.

А может ли там быть жизнь? Это самый сложный вопрос. И одновременно самый интересный. На сегодняшний день у нас нет никаких доказательств жизни на LHS 1140b. Ни кислорода, ни биологического метана, ничего. Но если там есть стабильная атмосфера, вода и энергия от звезды - три кита земной жизни - то это уже не фантастика, а объект для серьезных исследований. Возможно, жизнь редчайшая случайность. А может, если условия подходящие, она вспыхивает почти гарантированно. LHS 1140b это шанс перестать гадать и начать проверять. Но сама возможность существования жизни уже не выглядит невероятной.

Тут думаю нужно небольшое отступление, так как астрономы красных карликов недолюбливают. И, в целом, на то есть причины. Да, именно вокруг них легче всего искать небольшие каменистые планеты. Да, они составляют около 70–75% всех звезд в нашей галактике. И если где-то искать потенциально обитаемые миры, статистика буквально заставляет обратить внимание именно на них. Но была одна серьезная проблема. Красные карлики далеко не так спокойны, как наше Солнце. Некоторые из них способны неожиданно увеличивать свою яркость в десятки, а иногда и в сотни раз. Такие вспышки сопровождаются мощным потоком ультрафиолетового и рентгеновского излучения, а также выбросами заряженных частиц. Если в этот момент рядом находится планета, весь этот поток буквально обрушивается на ее атмосферу, и звездный ветер может попросту «сдуть» атмосферу, как это случилось с Марсом.

Да, героиня нашей статьи близко к материнской звезде, но LHS 1140 оказалась на удивление спокойной. Да и сама планета массивнее Земли, и ее гравитация сильнее держит воздух. Есть еще один возможный защитник - магнитное поле. У Земли оно создается движением расплавленного железа во внешнем ядре. Именно магнитное поле отклоняет большую часть заряженных частиц солнечного ветра. Во время сильных солнечных бурь часть этих частиц все же достигает атмосферы и вызывает полярные сияния. Но без магнитного поля последствия были бы гораздо серьезнее. Есть ли такое поле у LHS 1140b? Пока никто не знает. Мы еще не умеем измерять магнитные поля экзопланет напрямую. Но если оно существует, это значительно повышает шансы на то, что атмосфера могла сохраниться на протяжении миллиардов лет.

Когда Галилей впервые направил телескоп на Юпитер, он увидел четыре небольшие точки, которые двигались рядом с планетой. Позже стало ясно, что это его спутники. Тогда это открытие перевернуло представления людей о космосе.

Сегодня мы переживаем похожий момент. Только теперь объектами исследований становятся уже не соседи по Солнечной системе, а миры, находящиеся у других звезд.

Да, мы знаем массу этой планеты, знаем размер, расстояние до звезды, но мы не знаем даже, какого цвета ее поверхность. До прямых фотографий поверхности LHS 1140b еще очень далеко. Скорее всего, пройдет не одно десятилетие, прежде чем технологии позволят увидеть этот мир таким, каким мы сегодня видим Марс или Юпитер. А может быть, понадобится и целое столетие. Но самое главное уже произошло. Человечество перестало ограничиваться вопросом: «Есть ли там планета?» Теперь мы спрашиваем какая у нее атмосфера? Есть ли на ней океаны? Какой там климат? Может ли существовать жизнь?

Это совсем другой уровень познания. Каждый новый ответ рождает десятки новых вопросов. И именно так всегда развивалась наука. LHS 1140b вполне может оказаться обычной суперземлей без единого живого организма. Может оказаться холодным миром с океаном, скрытым под многокилометровым льдом. А может действительно стать первым известным человечеству миром, где существуют все необходимые условия для жизни. Мы пока не знаем. И в этом нет ничего плохого. Наоборот.

Самое интересное в науке начинается именно тогда, когда честный ответ звучит так: «Мы пока не знаем. Но уже научились искать.» Возможно, через несколько лет новые наблюдения James Webb покажут, что в атмосфере LHS 1140b есть водяной пар, углекислый газ или другие молекулы, которые помогут понять, как устроен этот мир. В будущем к поискам подключатся еще более мощные телескопы, как космические, так и наземные. Они смогут изучать экзопланеты с точностью, которая сегодня кажется невероятной. И вполне возможно, что именно одна из таких планет однажды даст человечеству ответ на вопрос, который мы задаем себе с древнейших времен.