Удивительная Солнечная система

В 2006 году Международный астрономический союз (MAC) наконец-то дал определение планеты. Нельзя сказать, что до того времени и так было понятно, что является планетой, а что нет. Как раз наоборот: сохранялась и усугублялась полная неясность в этом вопросе. Итак, по версии MAC, планета Солнечной системы должна удовлетворять трем условиям.

Во-первых, она должна обращаться вокруг Солнца. Таким образом, столь крупные спутники, как Титан или Ганимед, не являются планетами, хотя по размерам превосходят Меркурий. В данном MAC определении ничего не сказано о том, что обращающееся вокруг Солнца тело не должно являться звездой, – просто потому, что Солнце считается одиночной звездой, не имеющей звезды-спутника.

Во-вторых, объект должен быть достаточно массивным (рис. 19), чтобы под действием собственного тяготения принять форму гидростатического равновесия (более или менее сферическую). «Более или менее» – потому что строго сферических планет вообще говоря нет. Например, Земля не только сплюснута с полюсов, имея разницу между экваториальным и полярным радиусами в 21 км, но и сильнее вытянута в направлении северного полюса, тогда как южный полюс несколько вдавлен. Поэтому Земля, строго говоря, не шар и даже не сплюснутый сфероид, а совершенно специфическая фигура – геоид. Вообще же второе условие довольно легкое. Выше уже говорилось о том, что практически все тела Солнечной системы, чей поперечник превышает 250–300 км, более или менее сферичны, тогда как меньшие тела угловаты или, чаще, картофелеобразны.

Рис. 19. Сравнительные размеры Земли и крупнейших транснептуновых тел

Наконец, в-третьих, объект должен расчистить окрестности своей орбиты, то есть он должен быть гравитационной доминантой, не допускающей существования рядом с собой других тел сравнимого размера, кроме его собственных спутников и тел, находящихся под его гравитационным воздействием.

Легко видеть, что Плутон удовлетворяет первому и второму условиям. Менее очевидно то, что он не удовлетворяет третьему, однако это факт. Если масса Земли в 1,7 млн раз превышает суммарную массу всех других тел на ее орбите, то масса Плутона составляет лишь 7 % от массы всех других тел на его орбите. Так что, увы, Плутон не проходит в планеты.

Решением MAC Плутон был причислен к плутоидам – семейству транснептуновых астероидов. Термин «плутоиды» был введен в 2008 году. В качестве астероида Плутон получил номер 134 340, что выглядит вопиющей несправедливостью по отношению к столь крупному космическому телу – на сегодняшний день второму, а может быть, и первому по величине в Солнечной системе, если не считать планеты и их спутники. Однако астероиды нумеруются по мере их отождествления, и коль скоро Плутон был отождествлен как астероид лишь в 2006 году, то…

А впрочем, не надо обижаться за бывшую планету. Плутону в высшей степени безразлично, к какой категории космических тел причислят его мыслящие существа, обитающие очень далеко от него на близкой к Солнцу и, с его «точки зрения», нестерпимо горячей планете…

Но что же находится далеко за Плутоном? И где вообще пролегают границы Солнечной системы? Долгое время в умах большинства людей, далеких от астрономии, откладывалась одна из многих фальшивых истин, столь характерных для мировосприятия обывателя: граница проходит примерно по орбите Плутона. Но уже орбита Седны говорит нам о том, что границы эти лежат гораздо дальше. Где же?

Там, где гравитационное притяжение Солнца уравновешивается гравитационным притяжением ближайших звезд, не ближе. От орбиты Плутона до дальней периферии Солнечной системы, до расстояния не менее 100–200 тыс. а.е.[13 - Астрономическая единица (а.е.) равна среднему расстоянию от Земли до Солнца, то есть 149,6 млн км. Внутри Солнечной системы это удобная в качестве стандарта расстояния величина – не слишком большая и не слишком маленькая. – Примеч. авт.], где уже начинает сказываться притяжение соседних звезд, простирается облако Оорта, названного так в честь замечательного голландского астронома. Облако это состоит из миллиардов (вероятно, до 100 млрд) преимущественно ледяных тел, но общая его масса оценивается всего-навсего в 10 % массы Земли.

Пояс Койпера представляет собой просто внутреннюю часть облака Оорта.

Облако Оорта отнюдь не дискообразное, о чем говорят хотя бы орбиты плутоидов и приходящих с дальней периферии комет с почти параболическими орбитами и большими наклонами к эклиптике – а ведь ядра комет суть не что иное, как случайно залетевшие во внутренние области Солнечной системы тела облака Оорта. По-видимому, облако Оорта представляет собой несильно сплюснутый сфероид. Отсюда возникают интересные вопросы, касающиеся формирования этой прорвы ледяных тел. Существуют как гипотезы о том, что тела пояса Оорта сформировались из самых внешних частей газово-пылевой оболочки, в центре которой сформировалось Протосолнце и протопланетный диск, так и гипотезы, согласно которым эти тела формировались гораздо ближе к Солнцу, в самом протопланетном диске, и были выброшены из него гравитационным воздействием планет-гигантов. Однозначного ответа пока нет.

Расширим поле зрения до ближайших звезд. Ближайшая к нам звезда – упомянутая выше Проксима Центавра – слабый, невидимый невооруженным глазом красный карлик, входящий в тройную систему Альфа Центавра. До нее от нас 1,295 пк, или несколько более 4,2 светового года, или примерно 268 тысяч а.е. Второй по удаленности звездой является одиночный красный карлик, известный как Летящая звезда Барнарда. До нее 1,82 пк, или 5,9 светового года. Летящей эта звезда называется из-за рекордно быстрого собственного движения среди звезд – более 10 угловых секунд в год. Отнюдь не мала и радиальная составляющая скорости; достаточно сказать, что через 8000 лет ближайшей к Солнцу звездой станет именно звезда Барнарда, а не Проксима Центавра.

Вообще собственные движения звезд хоть и малы, но для ближайших звезд весьма заметны на больших промежутках времени. Например, нынешнее угловое склонение той же Альфы Центавра равно примерно минус 60°, то есть увидеть ее невозможно не только из средних, но и из субтропических северных широт. Однако древним египтянам эта звезда была хорошо знакома: в IV тысячелетии до н. э. она располагалась на небе всего в 30° южнее небесного экватора. Небесные объекты с таким склонением можно прекрасно наблюдать даже Крыму, не то что в Египте.

Чуть далее звезды Барнарда располагаются чрезвычайно слабый красный карлик Вольф 359 и еще один красный карлик, о котором практически нечего сказать, но следующая за ним по удаленности от Солнца звезда заслуживает всяческого внимания. Это Сириус, ярчайшая звезда нашего неба. Находясь в южном полушарии, он лишь в зимние месяцы невысоко поднимается над горизонтом в средних широтах; в северных же районах России и вовсе не виден. Но как бы низко над горизонтом Сириус ни висел, он сразу обращает на себя внимание. Глаз неастронома порой готов спутать Сириус с планетой – столь велик его блеск. Мы помним, что Гиппарх условно разделил звезды по блеску на 6 классов, отнеся к первому классу самые яркие звезды небосвода. Но Сириус настолько ярок, что не относится к первой звездной величине, не относится он и к нулевой. Его блеск -1,46

, и он значительно опережает по блеску второй яркий «фонарь» звездного неба – Канопус (-0,72

). Но что такое Сириус, сточки зрения астронома?

Ничего особенного: рядовая звезда главной последовательности, спектрального класса Ai, не очень массивная и не очень горячая. Менее яркая Вега куда массивнее и горячее. Просто-напросто Сириус находится куда ближе к нам, чем Вега, до него всего 8,6 светового года (до Веги – более 27). Ясно, что слабосильный фонарик на близком расстоянии даст более мощный световой поток, чем далекий прожектор. Хотя среди звезд, находящихся в радиусе 5 пк от Солнца, Сириус – первый по блеску. Второе место занимает желтоватый Процион (спектральный класс F5,11 световых лет), третье – компонент А системы Альфа Центавра. Солнце находится на почетном четвертом месте, а всего в радиусе 5 пк находятся более 50 звезд. Отсюда видно, что большую часть звездного населения Галактики (а мы не имеем никаких оснований думать, что тот участок Галактики, где находится Солнце, какой-то особенный) составляют оранжевые и красные карлики, что и неудивительно: ведь и в земной природе всякой мелочи куда больше, чем крупных объектов. Как правило, яркие звезды неба находятся от нас далеко и ярки вследствие своей высокой, а в некоторых случаях просто колоссальной светимости, а не близости к нам.

Для пущей наглядности посмотрим, как будет выглядеть звездное небо для гипотетического астронома, находящегося в системе Альфы Центавра. Из ярких звезд сильно изменят свое местоположение лишь Сириус и Процион. Вега и Арктур сместятся менее, приблизившись на центаврианском небе к крыльям Лебедя, а также произойдет смещение некоторого числа неярких звезд. Появится красная звездочка 5-й величины – Проксима. Ах, да, появится новая яркая звезда в созвездии Кассиопеи близ границы с Персеем – наше Солнце. На небе Альфы Центавра оно будет занимать вполне достойное восьмое место по блеску.

И только. В целом центаврианский астроном мог бы пользоваться нашими звездными картами, держа в уме некоторые поправки к ним. Расстояние до ближайших звезд весьма и весьма мало по сравнению даже с той сравнительно небольшой областью Галактики, которую мы наблюдаем в качестве Млечного Пути и россыпи звезд по обе стороны от него.

Галактика наша, как известно, спиральная и гигантская (даже сверхгигантская). Она имеет в поперечнике около 30 кпк, или 100 тысяч световых лет (обширная периферия, занятая темной материей, не в счет). Еще Галилей, направив свою весьма примитивную трубу на Млечный Путь, обнаружил, что он состоит из мириадов слабых звездочек. Уильям Гершель понял, что наша звездная система сплюснута – правда, он недооценил степень этой сплюснутости и решил почему-то, что Солнце находится близ центра системы. Однако простым глазом видно, что Млечный Путь гуще всего в созвездии Стрельца, а в противоположной точке неба он и у?же, и слабее. Значит, Солнце находится не в центре Галактики, а смещено к краю?

Так и есть. Еще лет 50 назад считалось, что расстояние от центра Галактики до Солнца составляет 10 кпк, то есть Солнце ближе к краю, чем к центру Галактики. Позднее произошел некоторый пересмотр, и теперь считается, что Солнце находится примерно в 8 кпк от центра Галактики. Впрочем, все равно получается, что Солнце несколько ближе к краю, чем к центру.

Но где находится Солнце по отношению к спиральным рукавам Галактики? Их четыре, и они отходят попарно от бара, имеющего протяженность порядка 7–8 кпк (более ранние оценки длины бара в 3–4 кпк оказались заниженными). В рукаве мы, вне рукава или вообще где?

В середине прошлого века считалось: однозначно вне рукава. Ведь в рукавах сосредоточены колоссальные по массе облака газа, там идет активное звездообразование, там много молодых горячих бело-голубых звезд, своим мощнейшим ультрафиолетовым излучением ионизирующих газ на расстоянии в несколько парсеков или даже десятков парсеков от себя, там небо должно просто светиться от множества ярких звезд и эмиссионных туманностей! Нет, конечно же, мы находимся примерно посередине между двумя соседними рукавами в бедной звездами области Галактики. Ну разве велика плотность звезд, равная примерно 0,1 звезды на кубический парсек? Курам на смех! А ведь именно такая звездная плотность наблюдается в окрестностях Солнца…

Однако еще в 1879 году американский астроном Бенджамин Гулд обратил внимание на то, что яркие звезды на небе распределены не равномерно, а концентрируются к некой полосе или поясу. Если бы этот пояс, получивший название пояса Гулда, совпадал с полосой Млечного Пути, в этом не было бы ничего удивительного – однако между ними угол в 18°. Поначалу от явления отмахнулись, сочтя его обыкновенной флюктуацией, но прошло время – и выяснилось, что пояс Гулда существует на небе не «просто так».

Вспомним: звезды редко рождаются поодиночке, предпочитая появляться на свет группами – рассеянными скоплениями.

Но там, где происходит массовое звездообразование, рождается не одно рассеянное скопление, а несколько, образуя звездную ассоциацию. Ассоциации, в свою очередь, могут быть сгруппированы в сверхассоциацию или даже в звездный комплекс – образование с характерным поперечником в 600 пк, обычно содержащее одну-две сверхассоциации и несколько ассоциаций, а всего в комплекс входят миллионы звезд. Разумеется, не все эти звезды являются ровесниками звездного комплекса, многие из них гораздо старше и оказались внутри комплекса по чистой случайности – но «первую скрипку» в комплексе играют не они, а молодые звезды, родившиеся более-менее одновременно (с разницей, определяемой скоростью волн звездообразования, прошедших сквозь комплекс).

Так вот: то, что мы наблюдаем на небе как пояс Гулда, является типичным звездным комплексом, имеющим форму грубого сплюснутого сфероида. Его поперечник составляет 750 пк, а Солнце находится в 150 пк от его центра. Возраст комплекса оценивается в 30 млн лет. Разумеется, Солнце оказалось внутри комплекса случайно и не обязано своим рождением волнам плотности, некогда прокатывавшимся сквозь газово-пылевую материю комплекса. Однако факт есть факт: мы находимся в звездном комплексе. А где они располагаются?