Вниз по иерархической лестнице
В мире гравитации царствует иерархия: большинство космических тел объединено в связанные системы различного масштаба. Их члены находятся в постоянном движении, но при этом никогда — или очень долго — не покидают областей, границы которых определены энергией их движения. Давайте окинем взглядом «древо» гравитационно — связанных систем, переходя от самых больших масштабов Вселенной к меньшим. На высшей ступени этой иерархии мы встречаем скопления галактик, поскольку объединяющие их сверхскопления не являются связанными системами: они почти свободно расширяются по закону Хаббла. Следующая ступень — малонаселенные группы, нередко обитающие на периферии скоплений и состоящие из нескольких звездных систем. В одну из таких групп, Местную группу, входит и наша Галактика, но доминирует в ней Туманность Андромеды. Гравитация этих двух гигантов управляет движением остальных членов группы, причем каждый из гигантов удерживает свою свиту, а это уже следующая ступень иерархии.
Опустимся еще на одну, ступень — внутрь Галактики, где звезды образуют различные структуры. Наиболее крупные из них, такие как спиральные рукава и бары дисковых галактик, — это фазовые агрегаты, волны, бегущие по «звездному морю». Ни одна звезда не задерживается в них надолго, а рисунок на теле галактики сохраняется лишь благодаря согласованному движению миллиардов звезд. На нашей «лестнице» этим структурам нет места. Галактика безжалостно перемалывает слишком рыхлые звездные агрегаты, остатки которых звездные ассоциации, движущиеся скопления — иногда обнаруживаются в потоках звезд. Но достаточно плотные звездные коллективы все же способны противостоять разрушающим силам Галактики: это звездные скопления — непременные жители любой крупной звездной системы. Некоторые звездные скопления — шаровые — содержат сотни тысяч и даже миллионы звезд, другие же, рассеянные, — от нескольких десятков до нескольких десятков тысяч светил.
Рис. 8.1. Одна из высших ступеней космической иерархии — скопление галактик. Слева — центральная часть известного скопления в созвездии Персей, в котором доминирует активная галактика NGC 1275 (левее центра). Следующая ступень иерархии — отдельные галактики и их кратные системы. Справа — одиночная галактика NGC 7320 (левее центра) и группа галактик из так называемого Квинтета Стефана (NGC 7317-19). Фото: HST, NASA, ESO, CFHT.
На первый взгляд, в звездных скоплениях царит полный хаос. Но это не так. Выбрав наугад звезду и приблизившись к ней (хотя бы с помощью телескопа), мы заметим, что иерархическая лестница не оборвалась: оказывается, внутри скоплений звезды редко живут поодиночке, многие из них объединены в двойные системы. А вне скоплений, где не так тесно, есть и тройные, и четырехкратные, и еще более сложные звездные семьи. При этом большинство их них тоже иерархично: даже простейшая тройная система содержит два уровня иерархии — плотная пара плюс удаленный спутник (см. рис. 6.10). В более населенных системах может быть еще больше уровней иерархии. Разумеется, существуют и «одиночные» звезды, рядом с которыми мы не видим светил сравнимой яркости. Однако даже те звезды, которые не имеют рядом с собой ярких спутников, часто сопровождаются небольшими тусклыми телами — коричневыми карликами, или же вообще не самосветящимися телами — планетами; хотя их нельзя считать совершенно холодными, но все же это не звезды (см. главу 6).
Рис. 8.2. В галактиках часть звезд объединена в звездные скопления, похожие на Плеяды (слева). В бедных скоплениях, содержащих до дюжины звезд, их движение носит регулярный характер: относительное расположение соседей сохраняется. В крупных скоплениях звезды движутся хаотически, но при этом они часто объединены в пары и иногда могут обмениваться веществом, как это наблюдается у гигантской звезды Мира в созвездии Кита и ее соседа — белого карлика (справа).
Итак, спускаясь по иерархической лестнице, мы достигли уровня планетных систем. Казалось бы, это последняя ступень, ибо в планетной системе есть «главный дирижер и оркестр»: вокруг доминирующей по массе звезды обращается скопище значительно меньших тел — планет, астероидов, комет. Звезда полностью подчиняет себе их движение, и любая «самодеятельность» здесь кажется невозможной. Однако это не так! У гравитации есть два важнейших свойства: она ничем не экранируется и сильно зависит от расстояния. Поэтому каждый достаточно уединенный объект способен контролировать вокруг себя некоторую область. Такая область влияния есть вокруг любой планеты, и в ней могут удерживаться еще менее массивные тела — спутники.
Мы так долго спускались по иерархической лестнице гравитационно связанных систем, что уже невольно ожидаем встретить на ней и следующие ступени. Но их нет! Выясняется, что у спутников планет нет своих естественных спутников. Во всяком случае, до сих пор они не были обнаружены. Похоже, что планета и ее спутник или спутники — это самая нижняя ступень космической иерархии.
Впрочем, не будем торопиться. В астрономии действует правило: никогда не говори «этого не существует». Лет 20 назад астрономы очень удивились бы, узнав, что спутники есть… у астероидов. Но в 1993 г. стало известно, что они действительно есть. Причем не только одиночные, такие как Дактиль у астероида Ида (243 Ida) или «Маленький принц» у астероида Евгения (45 Eugenia). Очень скоро обнаружились и системы спутников: например, у астероида Сильвия (87 Sylvia) их два — Ромул и Рем. По сравнению с самой Сильвией размером 385×265×230 км они крохи: Ромул в поперечнике 18 км, а Рем — 7 км. Кстати, недавно и у Евгении нашелся второй спутник, вдвое меньший «Маленького принца»; название для него пока не придумали, я бы назвал его «Барашком». Сегодня число астероидов со спутниками уже далеко перевалило за сотню. В большинстве случаев размер орбиты спутника всего лишь в несколько раз больше размера материнского астероида.
Рис. 8.3. Астероид Ида (243 Ida) размером 54×24×15 км и его спутник Дактиль (Dactyl) размером около 1,5 км, сфотографированные в 1993 г. в момент пролета мимо них межпланетного зонда «Галилео» (NASA), направлявшегося к Юпитеру. Общий снимок получен с расстояния 10 500 км, а снимок Дактиля (на врезке) с расстояния 3900 км. Фото: NASA, JPL, USGS.
Кроме маленьких спутников, сопровождающих большие астероиды, в последние годы были открыты и двойные астероиды с компонентами примерно одинакового размера. Например, астероид Антиопа (90 Antiope) на самом деле представляет собой два 110–километровых близнеца, обращающихся по круговой орбите на расстоянии 170 км друг от друга; минимальное расстояние между их поверхностями около 60 км (см. с. 14 цветной вкладки). Астероид Патрокл (617 Patroclus), относящийся к юпитерианским троянцам, тоже состоит из двух почти одинаковых тел размерами 122 и 113 км, разделенных расстоянием около 690 км. Кроме того, обнаружились спутники и у карликовых планет, и у сравнительно небольших объектов пояса Койпера. Поэтому не станем делать поспешных выводов: не исключено, что и у спутников планет когда‑нибудь будут открыты свои спутники.
В 1982 г. Борис Силкин опубликовал книгу именно под таким названием — «В мире множества лун», посвященную естественным спутникам планет. Тогда было известно всего 44 спутника, причем 10 из них были открыты в 1979–1980 гг., что и подтолкнуло Бориса Исааковича к созданию книги. Из упомянутых в ней спутников по одному имеют Земля и Плутон (он тогда считался планетой), по два — Марс и Нептун. За Юпитером числилось 16 спутников и подозревалось существование еще одного; в 2000 г. подозрение подтвердилось. У Сатурна насчитывалось 17 спутников и еще 5 числилось за Ураном.
В начале 1980–х гг. астрономы гордились возросшим поголовьем спутников, не догадываясь, какой демографический взрыв предстоит в этом «стаде» в ближайшие годы. Ведь как раз в начале 1980–х гг. на обсерваториях начался переход от фотопластинок к ПЗС — матрицам, которые существенно повысили зоркость телескопов и обеспечили прямой ввод изображения неба в компьютер. Стало возможно быстро осматривать большие области неба и выявлять подвижные объекты.
Прежде для исследования небольшого кусочка неба астроному требовалось на одном и том же телескопе с перерывом в несколько суток получить два снимка этой области на больших стеклянных фотопластинках, которые затем нужно было в специальных растворах проявить, промыть, закрепить, промыть, высушить… и при этом не разбить. А когда фотографии были готовы, начиналось их длительное и кропотливое исследование с помощью специального прибора, блинк-компаратора, позволяющего смотреть на два изображения либо одновременно, либо попеременно, быстро переводя взгляд с одной пластинки на другую. Это помогало заметить крохотные смещения быстро движущихся объектов Солнечной системы на фоне гораздо более далеких «неподвижных» звезд.
