PerfectUniverse

Продолжаем цикл статей про странности Солнечной системы. Предыдущие статьи в профиле.
Подписывайтесь, чтобы не пропустить. Кстати, все ссылки в статьях ведут на сопутствующие материалы, всё внутри Пикабу, никаких сторонних сайтов.

В прошлой статье мы разбирались со странностями Юпитера, самой большой планеты Солнечной системы. Но у этой планеты есть ещё одна особенность, о которой легко забыть, пока разглядываешь её знаменитые полосы и гигантские вихри. Вокруг неё вращаются десятки спутников. Четыре крупнейших открыл Галилео Галилей в 1610 году, и именно о них сегодня и пойдёт речь.

Кстати, само их открытие - отдельная интересная история. Когда Галилей навёл свой телескоп на Юпитер, он увидел рядом с планетой четыре точки. Сначала подумал, что это звёзды, но за несколько ночей точки сместились. Стало понятно, что они вращаются вокруг Юпитера. Это был удар по геоцентрической системе - не всё вращается вокруг Земли. И это открытие, пожалуй, было важнее, чем сами луны.

С тех пор мы успели узнать о них немало интересного. «Вояджеры» пролетели мимо в 1979 году и впервые показали их крупным планом. «Галилео» работал на орбите Юпитера с 1995 по 2003 год, он сбросил зонд в атмосферу Юпитера, и восемь лет изучал спутники. Juno продолжает снимать. А в 2030-х туда прибудут JUICE и Europa Clipper, которые наверняка подкинут нам ещё загадок. Ведь чем больше мы исследуем эти луны, тем меньше они похожи на обычные безжизненные каменные шары. На одной поверхность буквально перепахивают вулканы. Другая может светиться в темноте. Третья обладает собственным магнитным полем. А четвёртая хранит следы древних катастроф. Начнём с моего любимчика - Ио.

На Ио есть лавовые озёра размером с Московскую область, а под поверхностью до сих пор кипит огненный ад.

В декабре 2024 года космический аппарат Juno пролетал мимо Ио и обнаружил в южном полушарии огромную область аномально сильного теплового излучения. Настолько сильного, что инфракрасный прибор аппарата оказался перегружен сигналом. Это не метафора - детектор реально зашкалил.
Размер этой области оценили примерно в 100 тысяч квадратных километров. Это примерно две Московские области. А мощность излучения более 80 триллионов ватт. Это примерно в шесть раз больше суммарной мощности всех электростанций Земли. Всех. Вместе взятых.
Правда, учёные предполагают, что перед ними мог быть не один гигантский вулкан, а несколько близко расположенных горячих участков, связанных с обширной системой магматических камер. Но от этого картина не становится менее впечатляющей.

И это не единственное, чем способен удивить Ио. На его поверхности обнаружили десятки огромных лавовых озёр - вулканических впадин, заполненные расплавленной породой. Самое известное - Локи Патера. Диаметр около 200 километров. Это озеро, только вместо воды в нём раскалённая лава. Температура около 1500 °C. Поверхность может покрываться застывшей коркой, а потом снова обновляться, когда под ней поднимается свежий расплав. Корка ломается. Лава выходит наружу. И так по кругу. Миллионы лет.
Наблюдая за изменениями теплового излучения, учёные пытаются понять, как именно устроены эти гигантские лавовые системы. Пока единой модели нет. Есть данные, есть снимки, есть модели. Но полной картины нет.

У вас наверняка возникнет закономерный вопрос. Откуда у небольшого спутника столько энергии? Ведь Ио не звезда. Внутри него не происходят термоядерные реакции. Солнечного тепла на таком расстоянии от Солнца явно недостаточно, чтобы поддерживать подобный вулканический ад. Юпитер получает в 25 раз меньше солнечной энергии, чем Земля. Ио ещё меньше. Так откуда тепло? Ответ связан с гравитацией Юпитера и соседних спутников.
Ио движется по немного вытянутой орбите, поэтому притяжение планеты постоянно меняет силу, с которой она деформирует спутник. Ио растягивается и сжимается, а внутреннее трение превращает часть этой механической энергии в тепло - это называется приливный разогрев.
Европа и Ганимед дополнительно поддерживают такую орбиту. Они находятся с Ио в орбитальном резонансе. На каждые четыре оборота Ио вокруг Юпитера приходится два оборота Европы и один Ганимеда. Эта синхронизация не даёт Ио перейти на почти идеально круглую орбиту. И не даёт приливным деформациям ослабнуть. Гравитационный замок. Три спутника держат друг друга. И один из них платит за это вулканами. Гравитация это не просто сила притяжения. Это энергия. И иногда она проявляется вот так.

На Ио есть горы выше Эвереста, и это не вулканы.

На Ио больше сотни гор. Некоторые поднимаются примерно на 16–17 километров над окружающей местностью. Для сравнения: Эверест возвышается над уровнем моря на 8,8 километра. То есть почти в два раза ниже. А гора Южная Боосавла на Ио около 17,5 километра. Это одна из высочайших известных гор в Солнечной системе. Казалось бы, всё логично. Раз вокруг извергаются вулканы, значит, они и построили эти горы. Лава накапливается, слои растут, вулкан поднимается. Обычная геология. И это не совсем так.
Большинство гор Ио вовсе не похоже на вулканы. У них нет характерных кратеров на вершинах, из которых вырывается лава. Нет обычных вулканических склонов, сложенных слоями застывших извержений. Нет кальдер.

Судя по наблюдениям космических аппаратов, многие из этих гор представляют собой гигантские блоки коры, которые поднялись вдоль разломов. По сути это некие тектонические структуры. Но в их появлении всё равно виноват вулканизм. Только косвенно.
Представьте, что поверхность Ио постоянно покрывается новыми потоками лавы и вулканическими отложениями. Слои нарастают. Масса распределяется неравномерно. Кора испытывает огромные напряжения. В результате её отдельные участки ломаются, сдвигаются и поднимаются вверх. Как льдины в реке, которые напирают друг на друга и выталкиваются на поверхность. Только вместо льда километры базальта. Их форма, их склоны, их расположение - всё говорит о тектонике, а не о вулканизме. Хотя причина тектоники - вулканизм.

И это ещё не всё. Некоторые горы со временем разрушаются под собственной тяжестью. На снимках видны следы крупных оползней и обрушений. Словно гигантские склоны однажды не выдержали и сползли вниз. На Ио гравитация слабее земной в 5.4 раза, но горы там выше. И склоны круче. И материал хрупкий базальт, а не гранит. Поэтому обрушения обычное дело. Гора растёт, пока может. А потом падает. На Земле горообразование устроено иначе. Там горы растут медленно, за миллионы лет, из-за движения плит. А потом их разрушает эрозия - вода, ветер, лёд. На Ио нет ни воды, ни ветра. Только лава и гравитация. И этого хватает, чтобы построить горы выше Эвереста. И чтобы их разрушить.

Ио "кормит" Юпитер веществом.

Вулканы Ио выбрасывают не только лаву. Они выбрасывают газы. Прежде всего соединения серы и диоксид серы. Газ, вылетевший из вулкана со скоростью несколько километров в секунду, вполне может преодолеть притяжение и уйти в космос. А затем под действием излучения и заряженных частиц превращается в ионы. Магнитное поле Юпитера подхватывает их, и вокруг планеты возникает огромный тор из плазмы - своеобразное кольцо из электрически заряженного газа на орбите Ио.
По оценкам NASA, магнитная среда Юпитера может забирать у Ио около тысячи килограммов вещества в секунду. Тонна в секунду. Каждую секунду. За миллиарды лет это может составить заметную часть его первоначальной массы. Ио буквально испаряется. Не весь, конечно. Но его поверхность постепенно уходит в космос.

И последствия не ограничиваются этим плазменным кольцом. Заряженные частицы участвуют в формировании и поддержании огромной магнитосферы Юпитера. Они движутся вдоль магнитных линий. Некоторые из них попадают в атмосферу планеты, и вызывают полярные сияния, те самые, которые мы обсуждали в прошлой статье. Те самые, которые нагревают атмосферу далеко от полюсов. То есть вулканы Ио не только создают его собственный ад. Они ещё и влияют на погоду Юпитера. Косвенно. Через плазму. Через магнитное поле. Через сияния. Ио это не просто спутник с вулканами. Это один из источников вещества для всей юпитерианской магнитной системы.

На Европе нашли обычную поваренную соль

Взгляните на Европу - ледяной спутник, испещрённый длинными трещинами.
На первый взгляд ничего особенного. Белёсая поверхность, рыжеватые пятна. Но в 2019 году астрономы выяснили, что некоторые из этих пятен могут скрывать вещество, которое мы привыкли видеть на кухне. Это хлорид натрия. Обычная поваренная соль.

Как нашли? Естественно никто туда зонд с лопаткой и пробирками не отправлял. Мы изучали свет, отражённый поверхностью Европы, с помощью телескопа «Хаббл». Разные вещества по-разному поглощают свет, оставляя своеобразные спектральные отпечатки. И в данных нашлась подпись, совпавшая с облучённой радиацией солью. Особенно заметен этот сигнал в области Тара - желтоватом участке поверхности Европы. Справедливости ради отмечу, что совпадение было не идеальным, но достаточно убедительным. Особенно с учётом того, что до этого там искали сульфаты.

Но есть нюанс. На Европе соль не выглядит белой, как в солонке. Поверхность спутника постоянно бомбардируют заряженные частицы из магнитосферы Юпитера. Радиация там чудовищная. Доза, которую получает поверхность Европы, - около 5 зивертов в день. Для человека это смертельно за несколько часов. Под действием этой радиации хлорид натрия меняет свои оптические свойства и может приобретать желтовато-коричневый оттенок. Исследователи даже воспроизвели подобные условия в лаборатории. Обычная белая соль после облучения изменила цвет. Стала желтоватой. Как на Европе.

Под ледяной корой Европы, судя по данным исследований, находится глобальный океан солёной воды. Его глубина от 60 до 150 километров. Толщина ледяной коры от 15 до 25 километров. То есть океан есть. И он жидкий. И он солёный. Если обнаруженная на поверхности соль действительно поднялась оттуда, значит, она может рассказать нам о химическом составе этого скрытого океана.
Раньше некоторые наблюдения трактовали как свидетельство присутствия сульфатов - солей серной кислоты. Это было логично: сера в системе Юпитера есть везде. Ио выбрасывает её тоннами. Но обнаружение хлорида натрия заставило учёных пересмотреть картину. Возможно, химия океана Европы в чём-то ближе к земной морской воде, чем предполагалось. А возможно, часть найденной соли происходит из других слоёв ледяной коры, а не непосредственно из океана. Поэтому считать вопрос окончательно закрытым пока нельзя.
Получается, мы изучаем океан, который скрыт под многокилометровой толщей льда, не пробурив её ни на метр. Мы просто смотрим на пятна на поверхности далёкой луны и пытаемся понять, что растворено в воде глубоко под ними. По цвету. По спектру. По тому, как свет взаимодействует с облучённой солью.

Лёд Европы может светится в темноте

Вокруг Юпитера существует мощная магнитосфера. Область, в которой магнитное поле удерживает и разгоняет заряженные частицы. Европа постоянно оказывается под их обстрелом. Электроны и другие частицы с огромной энергией врезаются в поверхность спутника и передают энергию молекулам льда и содержащихся в нём солей. Когда эти молекулы возвращаются в более спокойное энергетическое состояние, они могут испускать фотоны. Частицы света. Так возникает свечение, которое учёные называют радиационно-индуцированной люминесценцией.
Звучит как что-то из фантастики? Ледяная луна, которая светится в темноте. Но это физика. Та же самая, что заставляет светиться экран старого телевизора, когда в него попадают электроны. Только вместо люминофора - лёд. И вместо электронной пушки - магнитосфера Юпитера.

Сразу скажу, это пока теория, но теория проверенная экспериментом. Фотографий подтверждающих это у нас пока ещё нет. Мы знаем, что свечение должно быть. Понимаем, как оно работает. Но не поймали его в телескоп. Поэтому правильнее говорить не о сфотографированном светящемся спутнике, а о предсказании, которое можно проверить космическими наблюдениями. Последующие миссии к Европе, возможно, смогут это сделать. Если у них хватит чувствительности. Если повезёт с условиями. Если мы правильно понимаем физику. Так в чём была суть эксперимента?

В 2020 году учёные создали специальную установку, чтобы воспроизвести условия на поверхности спутника. Охладили образцы льда до температур, близких к европейским - около -170 °C. Добавили различные соли. И начали облучать их высокоэнергетическими электронами. И лёд действительно засветился. Причём результат зависел от состава образца. Разные соли по-разному влияли на яркость и спектр излучения. Сульфат магния усиливал свечение. А хлорид натрия - та самая поваренная соль, о которой мы говорили в предыдущем пункте, - заметно его ослаблял. То есть по тому, как светится лёд, можно понять, что в нём растворено. А если свечение зависит от химического состава льда, то его можно использовать как своеобразный анализ поверхности. Это особенно интересно потому, что поверхность Европы может хранить следы процессов, происходящих глубоко подо льдом. А значит, изучая её свечение, учёные потенциально смогут получить дополнительные сведения о химии этого далёкого мира. Без бурения скважин. Без необходимости доставать образцы из подлёдного океана.

На Европе есть хаотические области, где лёд перемешан, как после катастрофы.

Поверхность Европы, по идее, должна быть твёрдой и неподвижной. Как камень. Как что-то, что не двигалось миллионы лет. Но на Европе есть места, где ледяной панцирь выглядит так, словно его сначала раскололи на куски, затем сдвинули в разные стороны, повернули, наклонили и кое-как собрали обратно. Такие участки получили название хаотические области.
На снимках Галилео видны отдельные блоки льда, напоминающие гигантские айсберги, застывшие посреди перепутанного ледяного ландшафта. Как будто кто-то взял головоломку, перемешал кусочки и оставил недоделанной.
Один из самых известных примеров - хаос Конамара. Эту область подробно изучали по снимкам «Галилео», сделанным в 1997 году. На изображениях видны блоки, которые переместились на несколько километров относительно своего первоначального положения. Некоторые повёрнуты. Другие наклонены. Часть словно утонула в окружающем материале. Как льдины в полынье. Только вместо воды - более тёплый лёд. Или смесь воды со льдом. Но как вообще можно перемешать ледяную поверхность целого спутника?

На Земле похожие процессы происходят на ледниках и ледяных шельфах. Лёд раскалывается, отдельные глыбы начинают двигаться. Но на Европе всё куда масштабнее. И источник энергии другой. Не солнце. Не атмосфера. Что-то внутри самой луны.
Одна из ведущих гипотез предполагает, что под хаотическими областями лёд частично размягчался или плавился. В результате могли возникать участки подвижного материала. Жидкой воды. Тёплого льда. Или смеси воды со льдом - так называемого сларри. Верхняя корка теряла устойчивость, отдельные блоки смещались, а затем всё снова замерзало.
Причём речь необязательно идёт о том, что глобальный океан Европы где-то прорвался наружу. В 2011 году исследователи предложили модель, согласно которой под некоторыми хаотическими областями могут существовать отдельные линзы жидкой воды внутри ледяной коры. То есть между поверхностью и основным океаном потенциально могут находиться дополнительные резервуары.
Но это именно научная модель. Не обнаруженные напрямую подлёдные озёра. Мы не видели их. Мы не бурили лёд. Мы только предполагаем, что они могут там быть. По форме хаотических областей. По их расположению. По тому, как они выглядят на снимках. И вот почему эти странные участки так интересны. Они могут оказаться своеобразными окнами в процессы, происходящие внутри ледяной оболочки Европы. Если вода и лёд действительно перемешиваются, вещества из глубины потенциально могут попадать ближе к поверхности. Где их легче исследовать космическим аппаратам. Не нужно бурить десять километров льда. Достаточно сесть рядом с хаотической областью и посмотреть, что там вышло наверх. А для учёных, которые пытаются понять, может ли подлёдный океан Европы быть пригодным для жизни, это особенно важно. Ведь мало иметь воду где-то глубоко подо льдом. Имеет значение ещё и то, происходит ли обмен веществами между океаном, ледяной корой и поверхностью. Если океан изолирован это одна история. Если он перемешивается с корой, если вещества циркулируют, если есть контакт с поверхностью это совсем другая история. Более перспективная.

Конечно, сами по себе хаотические области не доказывают, что на Европе есть жизнь. Но они показывают, что её ледяная оболочка может быть гораздо подвижнее и сложнее, чем кажется на первый взгляд. Не просто панцирь. А динамическая система. С перемешиванием. С переносом вещества. С энергией.
И на этом с Европой пока закончим. Мы нашли на ней поваренную соль. Разобрались, почему её лёд может светиться в темноте. Увидели ландшафты, которые могут быть следствием движения воды под поверхностью. Теперь пора перейти к следующей луне Юпитера - Ганимеду. У которого есть одна особенность, отсутствующая даже у Европы. Собственное магнитное поле.

У Ганимеда есть собственное магнитное поле, и оно помогло обнаружить океан подо льдом

Магнитное поле вещь очень полезная. Оно защищает нас от заряженных частиц, прилетающих от Солнца. Помогает компасу показывать север. Создаёт полярные сияния.
У Юпитера магнитное поле тоже есть. Причём настолько мощное, что оно простирается на миллионы километров. В 20 000 раз сильнее земного. Об этом мы уже говорили в прошлой статье. Но вот что действительно удивительно: собственное магнитное поле есть и у Ганимеда. Спутника, который по размерам лишь немного больше Меркурия. Луны, которая вращается вокруг газового гиганта и, казалось бы, должна быть просто куском льда и камня. Ан нет.
Ганимед - единственный известный спутник в Солнечной системе, обладающий собственным внутренним магнитным полем.
Откуда оно берётся? По существующим моделям, внутри Ганимеда находится металлическое ядро. Железное или железо-серное. Жидкое. И движение электропроводящего вещества внутри него создаёт магнитное поле. Примерно по тому же принципу, что и на Земле. Динамо-эффект. Только масштаб меньше. И планета - не планета, а луна.
Получается занятная картина. Вокруг Ганимеда уже действует гигантское магнитное поле Юпитера, а внутри самого спутника есть свой собственный магнитный «генератор». И эти два поля взаимодействуют друг с другом. Но причём тут океан?

В 2015 году учёные NASA использовали космический телескоп «Хаббл», чтобы изучить полярные сияния Ганимеда. Да, у этого спутника тоже есть сияния. Светящиеся полосы вблизи полюсов, связанные с его магнитным полем. Голубоватые, слабые, но заметные. И исследователи заметили интересную вещь. Под воздействием меняющегося магнитного поля Юпитера эти полосы должны смещаться. Юпитер вращается, его поле колеблется, и сияния Ганимеда должны реагировать. Ожидалось, что они будут колебаться примерно на шесть градусов. Но на деле они колебались гораздо слабее. Примерно на два градуса. Почему?

Представьте, что магнитное поле Юпитера воздействует на Ганимед. А внутри его ледяной оболочки скрывается огромный слой солёной воды. Солёная вода проводит электрический ток. Когда внешнее магнитное поле меняется, в океане возникают электрические токи. Эти токи создают собственное магнитное поле. Оно, в свою очередь, противодействует изменениям внешнего поля, и уменьшает колебания полярных сияний. Как щит. Как компенсатор. Как невидимая пружина, которая гасит колебания. Именно такой эффект учёные и обнаружили.

Обратите внимание, насколько необычен сам способ открытия. Никто не заглядывал под ледяную кору. Никто не брал пробы воды. Никто не опускал туда измерительный прибор. Астрономы наблюдали за светящимися полосами на поверхности далёкой луны. И по тому, как они двигались, сделали вывод о том, что скрывается в её недрах. На расстоянии сотен миллионов километров от Земли. По колебаниям сияний. По двум градусам вместо шести.
Согласно современным оценкам, которые приводила NASA в 2015 году, океан может достигать примерно 100 километров в толщину. Это приблизительно в десять раз глубже средних глубин земных океанов. Правда, речь идёт об оценке, основанной на моделях, а не о прямом измерении всей толщины водного слоя. Мы просто считаем, что так должно быть. По гравитационным данным. По магнитным данным. По тепловым моделям.

Внутри Ганимеда может быть океанский «бутерброд» из воды и льда

Мы привыкли представлять подлёдный океан просто. Сверху ледяная корка. Под ней вода. Ещё глубже каменное дно. Всё понятно, всё логично. Но на крупнейшей луне Юпитера всё может быть гораздо запутаннее.
Возможно, внутри Ганимеда чередуются целые слои океана и льда. Причём некоторые из этих слоёв льда настолько необычны, что на Земле в обычной жизни вы их никогда не встретите. Эти льды существуют только при давлениях, которые на нашей планете не встречаются.
В 2014 году исследователи NASA предложили модель внутреннего устройства Ганимеда. Между различными слоями льда могли располагаться несколько слоёв жидкой воды. Получается, внутри одной луны потенциально существуют целые водные миры, отделённые друг от друга ледяными прослойками. Учёные построили термодинамическую модель, которая учитывала давление, температуру и состав воды. И модель показала: да, такая структура возможна. Не доказана. Но возможна. И физически обоснована. Но откуда вообще взялась такая идея? Неужели вода под поверхностью Ганимеда настолько горячая, что лёд там не может образоваться? На самом деле всё дело в давлении.

Ганимед это крупнейший спутник Солнечной системы. Его диаметр около 5268 километров.
Это больше, чем у Меркурия. Под внешней ледяной оболочкой может скрываться очень толстая водная мантия. Чем глубже мы опускаемся, тем сильнее давление верхних слоёв. И вода начинает вести себя совсем не так, как в знакомых нам условиях на Земле.
На Земле мы привыкли, что лёд легче жидкой воды.
Но у воды существует несколько твёрдых фаз. Не одна. Не две. А, по крайней мере, семнадцать известных модификаций льда. При определённых сочетаниях давления и температуры молекулы располагаются иначе. И некоторые разновидности льда оказываются плотнее жидкой воды. Они не всплывают. Они тонут, ложатся на дно. И вот тут возникает неожиданное следствие.
В обычном земном океане вода может свободно соприкасаться с каменным дном. Вода и порода. Химический обмен. Минералы растворяются. Газы выделяются. Микробы, если они есть, получают энергию. Это важно для жизни. Это важно для химии. Это важно для всего. А если на дне океана Ганимеда лежит слой плотного льда высокого давления, то жидкая вода может оказаться отделена от каменной мантии. Не просто «на дне». А на дне, покрытом льдом.

При этом разные слои льда и воды могут формироваться на разных глубинах. В моделях, предложенных исследователями, получалась структура, где между ледяными прослойками заключены несколько океанических слоёв. Не обязательно все они существуют именно в таком виде сейчас. Устройство недр зависит от температуры, состава воды, количества растворённых солей и истории охлаждения спутника. Но есть деталь, которая делает эту картину ещё страннее.
В некоторых моделях внутри океана могут происходить процессы, напоминающие снегопад, только направленный вверх. Вода охлаждается, образуются кристаллы высокоплотного льда, а затем они могут всплывать через более тёплые слои жидкости и снова таять. В результате внутри скрытого океана способен возникать своеобразный круговорот льда, который совсем не похож на привычную картину морского дна, и который может влиять на перенос тепла внутри океана. На температуру. На химию. На всё.

Почему это вообще важно, кроме того, что звучит необычно? Потому что для возможной жизни имеет значение не только наличие воды. Важны ещё химические вещества, источники энергии и контакт воды с каменными породами. На Земле взаимодействие воды с породами морского дна играет важную роль в химических процессах, которые могут поддерживать экосистемы. Гидротермальные источники. Чёрные курильщики. Целые экосистемы, которые живут без солнечного света. Только на химии. Только на тепле. Только на минералах.
Если же между океаном и каменной мантией Ганимеда находится толстый слой плотного льда, такой контакт может быть затруднён. Вода есть. Тепло есть. Но нет камня. Нет минералов. Нет химического обмена. Нет той самой искры, которая на Земле запустила жизнь.
Впрочем, и здесь нельзя делать окончательный вывод. Модели допускают перенос вещества через ледяные слои. Конвекция. Диффузия. Трещины. Что-то может проходить. Что-то может циркулировать. Реальная внутренняя структура Ганимеда пока известна не во всех подробностях. Мы не бурили лёд. Мы не опускали зонд. Мы только строим модели. И надеемся, что они верны.

Под льдом Ганимеда скрываются гравитационные аномалии

На Ганимеде выявили необычные гравитационные аномалии. Проще говоря, распределение массы внутри спутника оказалось не совсем однородным. В одних областях масса была распределена иначе, чем ожидалось. И это влияло на движение аппарата во время пролётов. По таким небольшим изменениям скорости и траектории учёные могут судить о том, как вещество распределено под поверхностью далёкого небесного тела.
Одна из гипотез происхождения этих аномалий состоит в том, что под ледяной корой находятся крупные скопления каменных пород. И они могут удерживаться внутри льда, не опускаясь до самого дна. Другая гипотеза состоит в том, что эти массы всё-таки лежат в нижней части ледяной оболочки, у границы с силикатной мантией. По одним только гравитационным данным однозначно выбрать между этими вариантами пока нельзя. Нужны дополнительные измерения. Сейсмика. Радар. Что-то, что сможет заглянуть внутрь.

Почему же камни вообще могут так долго оставаться внутри льда? Дело в том, что ледяная оболочка спутника не просто гигантский кубик льда из морозилки. При низких температурах лёд может быть достаточно прочным, чтобы поддерживать значительные нагрузки. Это не рыхлый снег. Это твёрдое тело с кристаллической решёткой. С определённой вязкостью. И его поведение на протяжении миллионов и миллиардов лет зависит от температуры, давления и толщины оболочки. Некоторые массивные образования теоретически способны сохраняться внутри неё очень долго. Не потому, что лёд их держит как клей. А потому, что лёд слишком вязкий, чтобы дать им утонуть быстро. Как смола. Если бросить камень в смолу, он тоже не сразу утонет. Может, вообще не утонет. Будет медленно погружаться. Или останется на месте. В зависимости от плотности. От вязкости. От времени.

Но не стоит представлять себе, будто учёные уже составили точную карту подлёдных каменных глыб. К сожалению современная наука так не умеет. Мы обнаружили гравитационные особенности и предложили возможные объяснения. Где именно находятся эти массы, из чего они состоят и как сформировались - вопросы остаются открытыми.
Может быть, это обломки древнего удара. Может быть, куски мантии, которые поднялись и застряли. Может быть, что-то ещё. Мы не знаем.
И всё же эта загадка многое говорит о Ганимеде. Его ледяная оболочка может сохранять следы древней внутренней истории спутника. Даже тех событий, которые произошли задолго до появления жизни на Земле. Поверхность небесного тела постоянно меняется. Появляются новые кратеры. Трещины. Участки молодого льда. А вот распределение массы в глубине может хранить гораздо более древнюю информацию. О том, как спутник формировался. Как остывал. Как переживал удары. Как застывал.
Ганимед это не просто ледяной мир с океаном внутри. Это своеобразный архив древних процессов. Где даже скрытые подо льдом каменные массы способны сохранять следы прошлого миллиарды лет. Не в камне. Не в кратерах. В самой структуре недр. В том, как распределена масса. В том, как лёд держит то, что должно было утонуть. Мы не видим этот архив. Мы не можем его открыть. Но мы можем его прочитать. По гравитационным аномалиям. По отклонениям траекторий. По тому, как «Галилео» чуть-чуть ускорялся и замедлялся над разными участками. И этого достаточно, чтобы понять: там что-то есть. Что-то тяжёлое. Что-то древнее. Что-то, что не тонет.

На этом с Ганимедом закончим. У него есть собственное магнитное поле. Под поверхностью может скрываться многослойная система океанов и льда. А гравитационные аномалии намекают на загадочную структуру недр. Следующая остановка - Каллисто. Спутник, который выглядит так, будто его поверхность пережила бесчисленные космические бомбардировки. И одна из его ударных структур настолько огромна, что занимает бОльшую часть полушария.

На Каллисто есть след от удара, который растянулся почти на весь спутник

Знакомьтесь - Вальхалла. Гигантская многокольцевая ударная структура диаметром около 4000 километров. Диаметр самого Каллисто примерно 4800 километров. Получается, ширина этой структуры составляет около пяти шестых диаметра целого небесного тела. Если бы на Земле был такой кратер, он покрыл бы почти всю Азию. От Средиземного моря до Тихого океана. И ещё осталось бы место.
Но есть важная деталь. Вальхалла не обычная круглая яма с чётким краем. На снимках она похожа на огромную мишень. В центре относительно светлая область. А вокруг неё расходятся многочисленные концентрические кольца и дуги. Некоторые выглядят как длинные хребты. Другие как борозды и разломы в ледяной коре. Центральная область имеет размер порядка 600 километров. Это примерно расстояние от Москвы до Санкт-Петербурга. А дальше начинается настоящее великолепие. Внешние кольца простираются на тысячи километров от центра. По сути, перед нами не просто кратер. А целая система деформаций, охватившая колоссальную часть поверхности Каллисто.

Что же могло создать такую структуру? Основная версия - гигантское столкновение в далёком прошлом Каллисто. Объект, врезавшийся в спутник, высвободил огромное количество энергии. Поверхность разрушилась. Ледяная кора испытала сильнейшие деформации. А вокруг центральной области возникли кольцевые разломы. Представьте, что вы бросили камень в тонкую корку льда. Вокруг места удара расходятся трещины. Теперь увеличьте масштаб до космического. Удар приходится по ледяному миру диаметром почти пять тысяч километров. А трещины растягиваются на тысячи километров. Конечно, это упрощённая аналогия. Реальная механика такого столкновения гораздо сложнее. Там были и ударные волны, и фазовые переходы, и движение расплавленного материала. Но принцип примерно такой.
А ещё эта структура одна из крупнейших в Солнечной системе. И, возможно, одна из древнейших. Возраст оценивается в 3 - 4 миллиарда лет. Точнее сказать сложно. Кратеров на поверхности много. Но все они древние. Считать возраст по кратерам на Каллисто - это как считать возраст книги по количеству пятен на обложке. Работает, но с большими погрешностями. Есть и другая интересная деталь. Центральная область Вальхаллы сравнительно гладкая и светлая. Учёные предполагают, что удар мог обнажить более чистый лёд из глубины, а часть материала после столкновения могла вести себя как текучая масса, заполняя центральную впадину. Но точные детали формирования этой структуры остаются предметом исследований. Мы видим результат. Мы понимаем общий принцип. Но конкретика - сколько энергии, какой угол удара, какая скорость, какая структура коры - всё это ещё обсуждается.

И вот почему Вальхалла так важна. Каллисто один из древнейших на вид миров Солнечной системы. На нём нет мощной тектоники Земли, которая постоянно перестраивает поверхность. Нет активного вулканизма Ио, который стирает следы прошлого. Нет воды, которая размывает кратеры. Нет атмосферы, которая выветривает породу. Только лёд. Только холод. Только время. Поэтому такие гигантские структуры могут сохраняться невероятно долго. Миллиарды лет. Вальхалла это своеобразный памятник эпохе, когда столкновения крупных тел были гораздо более обычной частью истории Солнечной системы. Когда планеты и луны ещё формировались. Когда пространство было полно обломков. Когда удары такого масштаба не были редкостью. Она позволяет учёным изучать, как ведёт себя ледяная кора при ударе колоссальной силы. Как распространяются напряжения. Как формируются кольца. Как ведёт себя лёд при сверхвысоких давлениях. Это не просто красивая картинка. Это естественная лаборатория. Где можно понять физику, которую в земных условиях не воспроизвести.

На Каллисто происходят гигантские оползни.

Как появляются оползни - вода размывает склон, грунт теряет устойчивость. И масса земли с камнями срывается вниз. Иногда достаточно сильного землетрясения или таяния снега. Иногда просто дождя, который шёл несколько дней подряд. Но попробуйте перенести эту картину на Каллисто. Здесь практически нет атмосферы. Нет дождей. Нет рек, которые могли бы размывать поверхность. Температура настолько низкая, что вода на открытом воздухе существует только в виде льда. Твёрдого, как камень. Оползней быть не должно. По определению. По учебнику. И всё же склоны некоторых кратеров выглядят так, словно по ним когда-то прокатились гигантские потоки обломков. На снимках «Галилео» видны участки, где материал накопился у подножий склонов. Некоторые края кратеров оказались изменены обвалами. Такие отложения могут растягиваться на большие расстояния от места, где порода или лёд сорвались вниз. Но если на Каллисто нет дождей, что вообще заставляет поверхность двигаться?

Начнём с того, что гравитация там никуда не исчезла. Она слабее земной примерно в восемь раз. Но всё ещё способна тянуть материал вниз по склону. А после мощного удара, создавшего кратер, окружающая поверхность может оказаться раздробленной и потерять устойчивость. Представьте склон, состоящий из смеси ледяных обломков и каменистого материала. После столкновения часть этой массы может быть разрыхлена, растрескана и приподнята. Как будто кто-то взял и встряхнул весь регион. Со временем обломки под действием гравитации начинают перемещаться вниз. При этом лёд в условиях Каллисто способен вести себя не совсем как твёрдый камень. В зависимости от температуры, структуры и примесей он может медленно деформироваться. Не течь, как вода. А ползти. Как очень вязкая смола. Мелкие частицы облегчают движение материала.
Есть и важная оговорка. Не каждый такой след означает, что лёд там буквально растаял и потёк. В некоторых случаях достаточно обрушения раздробленного склона и перемещения обломков. Конкретный механизм зависит от особенностей каждого кратера. А по одним только снимкам не всегда удаётся восстановить всю историю события. Мы видим результат. Но не всегда понимаем, как именно он получился.

У Каллисто есть экзосфера

У Каллисто есть экзосфера - настолько разреженная газовая оболочка, что её частицы почти не сталкиваются друг с другом. Это уже совсем не тот воздух, которым мы дышим на Земле.
Что там находится? Среди обнаруженных компонентов молекулярный кислород и углекислый газ. Но не стоит представлять, будто Каллисто окружён пригодным для дыхания кислородом. Его концентрация ничтожна. Давление у поверхности порядка 10⁻¹² бар. Это в миллиард раз меньше земного. Вдохнуть там не получится. Не потому, что воздух ядовит. А потому, что его просто нет. В привычном смысле. И тут возникает естественный вопрос. Откуда вообще берётся газовая оболочка у холодного ледяного спутника?

Один из источников - сама поверхность. Заряженные частицы из окружающей среды и фотоны солнечного излучения передают энергию льду. В результате отдельные молекулы могут высвобождаться с поверхности и попадать в космос. Этот процесс называют десорбцией. Кроме того, при взаимодействии частиц с поверхностью вода и другие вещества могут распадаться, образуя новые молекулы. Радиолиз льда. Вода распадается на водород и кислород. Кислород остаётся. Водород улетает. Или наоборот. В зависимости от условий. Так постепенно формируется крайне разреженная оболочка из частиц, которые не обязательно надолго остаются рядом со спутником. Некоторые могут снова осесть на поверхность. Другие улететь в космос. Третьи ионизироваться и быть захваченными магнитным полем Юпитера. Никто не живёт там долго. Всё в движении. Всё в обмене.
Самое необычное в такой экзосфере то, что газ там ведёт себя не так, как в земной атмосфере. На Земле молекулы постоянно сталкиваются. Передают друг другу энергию. Образуют привычную нам газовую среду. У Каллисто частицы могут пролетать огромные расстояния, практически не встречая друг друга на пути. Длина свободного пробега тысячи километров. Молекула может облететь весь спутник и ни разу ни с чем не столкнуться. Поэтому здесь не получится говорить о погоде в обычном смысле. Плотных облаков нет. Привычного ветра нет. Атмосферного давления, которое можно было бы ощутить, тоже нет. Газовая оболочка настолько разрежена, что для её изучения учёным приходится использовать специальные методы наблюдений и приборы, чувствительные к отдельным молекулам. Телескопы. Спектрометры. Детекторы, которые ловят единичные фотоны.

И это любопытно ещё по одной причине. Каллисто находится далеко от Солнца. Покрыт льдом. Выглядит почти геологически застывшим миром. Мёртвым. Неподвижным. Но даже здесь поверхность взаимодействует с окружающей средой. Вещество высвобождается. Меняет химический состав. Уходит в космос. Медленно. Едва заметно. Но постоянно. Получается, Каллисто окружён чем-то средним между атмосферой и вакуумом. Газовая оболочка есть. Но её частицы могут почти свободно путешествовать вокруг спутника, не сталкиваясь друг с другом. Это не воздух. Это не пустота. Это что-то третье. Что-то, для чего у нас пока нет привычного слова.

Мы разобрали четыре главные луны Юпитера. Ио, Европа, Ганимед, Каллисто.
Каждая - отдельный мир. Каждая - со своими странностями. Вулканический ад. Ледяной океан. Собственное магнитное поле. Древние шрамы катастроф. Но это только четыре луны. А у Юпитера их 115. По последним данным. Может быть, уже больше. Каждый год открывают новые. Но некоторые из них не менее странные, чем галилеевы.

Есть, например, Амальтея маленькая луна, которая вращается внутри орбиты Ио. Она краснее, чем должна быть. И никто не понимает почему.
Есть Гималия - одна из крупнейших нерегулярных лун. Она вращается вокруг Юпитера по вытянутой орбите, наклонённой к экватору. И, возможно, является обломком более крупного тела.
Есть Карме, Пасифая, Синопе - целые семейства лун, которые движутся в обратном направлении. Ретроградные. Как будто они попали в систему Юпитера случайно и остались.
О них мы поговорим в следующий раз. О маленьких лунах. О нерегулярных спутниках. О тех мирах, которые мы почти не видим. Но которые тоже часть этой огромной системы.
А пока, если вам было интересно - подписывайтесь. Чтобы не пропустить следующую статью. И следующие. Потому что Юпитер это только начало. Дальше будут Сатурн, Уран, Нептун. И их луны. Которые не менее странные. Обещаю.

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.