Уран – самая голубая планета

Самая голубая планета Солнечной системы – это вовсе не Земля. Наша Земля на самом деле многоцветная – голубая из-за воды, коричневая из-за гор и пустынь, зеленая из-за лесов и равнин, белая из-за снега и облаков. Но есть в Солнечной системе планета, которая выглядит ровно окрашенным светло-голубым шаром – к тому же с идеально гладкой поверхностью. Прямо елочный шарик какой-то, а не планета. Празднично-красивый и, возможно даже, драгоценный…

Юбилей Урана

Таким увидел этот шар в телескоп собственной конструкции астроном Уильям Гершель. На самом деле и Гершель, и его предшественники и раньше наблюдали в ночном небе неизвестный голубоватый объект, но принимали его за комету.

Лишь 13 марта 1781 года Гершель, присмотревшись в очередной раз к загадочному объекту, понял, что это планета. Причем более удаленная, чем Сатурн, считавшийся в те времена последней планетой Солнечной системы. Новая планета получила название Уран.

Гершель не знал, насколько необычно открытое им небесное тело. Но некое предчувствие, очевидно, руководило им уже в выборе названия. Гершель нарушил традицию давать новым планетам имена персонажей древнеримской мифологии – Уран был богом неба не у римлян, а у древних греков.

В этом смысле он так и остался исключением: названия следующих открытых планет, Нептуна и Плутона, были снова позаимствованы из римского божественного пантеона.

Разумеется, за прошедшие 240 лет наши знания об Уране значительно расширились. Но вместе с новыми данными о голубой планете, полученными во многом благодаря космическому зонду «Вояджеру-2», появились и новые вопросы. Множество новых вопросов, ответы на которые могут дать более совершенные телескопы или (что предпочтительней) новые космические экспедиции к седьмой планете.

Что мы знаем об Уране?

Начнем с «паспортных данных».

• Имя: Уран.
• Время рождения: 4,5 млрд лет назад.
• Место рождения: Солнечная система.
• Место жительства: орбита в 2,9 млрд км от Солнца (в 19,2 раза дальше, чем орбита Земли).
• Регистрация – по тому же адресу.
• Дата регистрации: 13 марта 1781 г.

Уран – планета-гигант, его диаметр в четыре раза больше диаметра Земли, а масса превосходит земную в 14,5 раза. Впрочем, среди планет Солнечной системы Уран занимает лишь третье место по величине (после Юпитера и Сатурна) и четвертое – по массе (после Юпитера, Сатурна и Нептуна).

Уранианский год составляет 84 земных года, но вокруг своей оси он вращается довольно быстро – сутки тут равны всего лишь 17 с лишним земным часам.

По составу Уран – ледяной гигант. Считается, что маленькое твердое его ядро окружает толстая ледяная мантия из смеси воды, аммиака, и метана. Собственно, это не лед, то есть не твердое в нашем понимании вещество, а особая, из-за огромного давления, жидкая субстанция, которая без четкой границы переходит в газовую атмосферу высотой 50 000 км.

Атмосфера состоит в основном из водорода, гелия и метана; именно последний и обеспечивает Урану его красивый и ровный светло-голубой цвет. Ровный – еще и потому, что верхние слои атмосферы Урана удивительно спокойные (в отличие, скажем, от вихрей размером с нашу планету, непрерывно бушующих над Юпитером). Еще у Урана есть 13 колец и 27 естественных спутников.

На этом область достоверно известного об Уране заканчивается. Дальше мы вступаем на территорию существующего предположительно; или, возможно, не существующего вовсе.

Катящийся шар

До 1986 года единственным источником информации об Уране служили телескопы. В 1986 году станция «Вояджер-2» пересекла орбиту Урана на расстоянии 81 500 км от условной поверхности планеты – первый и пока единственный случай в истории космонавтики.

Поверхность здесь названа условной, потому что, как мы уже сказали, жидкая смесь из воды, метана и аммиака поверхностью, строго говоря, не является. Природа этой странной полужидкости-полульда – одна из главных загадок Урана.

Автоматическая станция сообщила на Землю, что уранианский лед еще и «горячий»: его температура на условной границе с атмосферой достигает +47 градусов по Цельсию. А вот верхние слои атмосферы, наоборот, очень холодные – минус 224 градуса по Цельсию.

При такой разности температур вся атмосфера Урана должна быть очень подвижной: но вместо множества облачных вихрей, которые сделали бы Уран похожим на молочно-голубой опал, планета выглядит на удивление гладкой. И не только с Земли, но и, судя по фотографиям «Вояджера-2», с орбиты.

Холод и внешнее спокойствие атмосферы Урана – еще одна неразгаданная пока тайна. Разумеется, у ученых есть предположения на этот счет, но подтвердить или опровергнуть их сможет лишь следующее посещение окрестностей седьмой планеты. Ждут своего объяснения и странное вращение Урана, и его аномальное магнитное поле.

Уран, в отличие от других планет Солнечной системы, вращается «лежа на боку и вниз головой» – плоскость его экватора наклонена к плоскости орбиты под углом 98 градусов. Если другие планеты можно сравнить с вращающимися волчками, то Уран более всего напоминает катящийся шар. Что при этом творится со сменой времен года на планете – даже трудно себе представить.

Из-за такого сильного наклона оси полярные области Урана должны получать в течение года больше солнечного тепла, чем экваториальные. Однако, по данным Вояджера-2, на экваторе Урана значительно теплее, чем на полюсах. Противоречие? Еще какое!

Магнитное поле Урана почти такое же сильное, как у Земли, но вытянутое, несимметричное и вообще хитрой формы, с закрученным штопором «хвостом». Определить, где на планете северный магнитный полюс, а где южный, практически невозможно – так часто они меняются местами. У астрономов есть профессиональная шутка: «Хотите знать, где на Уране северный полюс? Выбирайте любую точку!»

Алмазные дожди

Из теорий, которые могут хотя бы в принципе объяснить большинство этих странностей, ученые склоняются к столкновению Урана с неким массивным небесным телом. Произошло это очень давно, когда Уран был только-только сформировавшейся планетой. Врезавшийся в Уран гигантский астероид, размером едва ли не с него самого, и привел к аномальному наклону его оси вращения, рассеянию тепла, искажению магнитного поля и прочим особенностям.

Если эта гипотеза, в силу своей всеобъяснимости с одной стороны и полной недоказуемости с другой, покажется вам притянутой за уши, то… так оно и есть. Она рассматривается «за неимением лучшего», пока не получены новые данные о самой голубой планете Солнечной системы.

Однако в распоряжении ученых есть такой инструмент, как моделирование в лаборатории уранианских условий. С помощью такого моделирования они пытаются понять, какие последствия могли быть для Урана после столкновения с гипотетическим небесным телом, как это повлияло на его развитие и что там происходит сейчас.

И вот здесь мы можем перейти в область «возможно, несуществующего, но желаемого».

На Уране, возможно, существует жизнь. И, возможно, там огромное количество алмазов.

Если с первым утверждением ученые крайне осторожны (там есть жидкая вода, в некоторых слоях достаточно тепло. Может, живут хотя бы микроорганизмы?), то второе рассматривается совершенно серьезно.

Сотрудники Американской национальной ускорительной лаборатории (SLAC) при Стэнфордском университете решили проверить «алмазную» теорию, которая была выдвинута еще в конце прошлого века. Для этого они создали уникальную лазерную установку, способную воспроизвести огромное давление и температуру в недрах Урана. Поскольку у Урана нет твердой поверхности, «в недрах» также понятие условное. Так же, как и «в атмосфере».

В общем, где-то там, на глубине 10 000 км, температура и давление достигают таких значений, что метан (СН4) распадается на составляющие его элементы – водород и углерод. Легкий водород поднимается в верхние слои, а более тяжелый углерод кристаллизуется в алмазы и опускается вниз. Метана на Уране очень много, высоких давлений и температур – хоть отбавляй, так что должно быть много алмазов. Можно даже сказать, что в глубинах жидко-льдисто-газообразного Урана идут «алмазные дожди».

Ученые SLAC использовали «сжатый метан» – стирол (С8Н8). По своим физическим свойствам он очень похож на то, во что превращается метан на Уране. Лазер же им понадобился для того, чтобы еще больше сжать и разогреть атомы углерода и водорода. И – вуаля! – как только давление достигло 1,5 млн атмосфер, стирол распался на свободный водород и углерод, который прямо на глазах исследователей начал превращаться в кристаллики алмазов.

Конечно, добывать таким образом алмазы на Земле слишком хлопотно и накладно. Так же, как и лететь за ними на Уран и погружаться в его глубины.

Но, согласитесь, картина небесного «елочного шарика», у которого под нежно-голубой воздушной поверхностью струятся сплошные алмазные ручьи, впечатляет.