Как игра света и тени помогает разгадать тайны Солнечной системы

© Pixabay

© Pixabay

Художники эпохи Возрождения придумали термин «светотени» для описания новой эстетики, которую определяют контрастом между яркими и тусклыми частями картины. Светотени придают полотну ощущение трехмерности и чувство эмоциональной загадочности. Для художников, принявших новый метод — Леонардо да Винчи, Рембрандта, Вермеера и других — он знаменовал резкий отход от жесткого и плоского стиля средневекового искусства. Нечто похожее происходит и с учеными, работающими сейчас с космическими снимками. Истинная красота и секреты Вселенной тоже раскрываются по-новому при помощи игры света и тени.


В Солнечной системе темнота порой обнажает тайные места, которые свет только затемняет. Там, как пишет Nautilus, «луны разрываются на части, рождаются кометы, и в покрытом льдом океане может плавать инопланетная жизнь».

Солнечные затмения происходят не только на Земле. Они возможны в любом мире, где спутник космического тела закрывает Солнце. К примеру, у Марса есть два таких спутника: Фобос и Деймос. Оба крошечные. Фобос, более крупный, имеет диаметр 22,5 километра. Однако он вращается очень близко к планете и в результате кажется достаточно большим, чтобы закрыть значительную часть Солнца при наблюдении с поверхности Марса. Фобос совершает полный оборот по орбите всего за семь часов 39 минут, поэтому его тень постоянно скользит по марсианскому ландшафту.

Марсоход NASA Opportunity наблюдал одно из затмений на Марсе 26 марта 2019 года. Данные этих событий помогают ученым отслеживать движения марсианских лун и предсказывать их судьбу. Фобос неуклонно приближается к Марсу. Последние расчеты показывают, что гравитация планеты разорвет его на части менее чем за 50 миллионов лет. Осколки затем будут размазаны в систему колец, подобных кольцам Сатурна, но меньше и темнее.

Бугристая форма Фобоса также хорошо заметна на фоне солнца. Ясно, что это не такая луна, как наша, и пока никто не знает ее происхождения. Одна из гипотез состоит в том, что Фобос и Деймос — астероиды, захваченные Марсом. Другая — что они образовались из обломков, выброшенных с поверхности Марса во время катастрофического столкновения с другим телом. Возможно, Фобос даже является своего рода «небесным Фениксом», рожденным из вновь собранных осколков более раннего спутника, разорванного когда-то на кольца. В 2024 году Японское космическое агентство планирует начать миссию MMX (Martian Moons Exploration), чтобы посетить Фобос, исследовать его поверхность и разгадать загадки.

Самые великолепные затмения в Солнечной системе не видны с Земли. Но одно из них сумел запечатлеть космический зонд Cassini, кружа у Сатурна с 2004 по 2017 год. 17 октября 2012 года во время 174-го витка станция прошла прямо за планетой и погрузилась в ее тень. Однако это была не полная темнота. Свет звезды струился по краям Сатурна, что позволило изучить структуру плотной, ветреной водородно-гелиевой атмосферы планеты.

Великолепную картину с этой уникальной точки зрения представляют собой кольца планеты. Ничто не освещается непосредственно солнцем — его свет рассеивается на ледяных фрагментах колец. Цвета указывают на структуру и состав этих обломков, а яркость — на их средний размер. Очевидно, что вокруг Сатурна вращаются обломки разных масштабов — от пылинок до настоящих айсбергов размером с небольшой дом. Необычная палитра объясняется незнакомым типом освещения и способом составления изображения. Камера Cassini сделала три снимка в инфракрасном, красном и фиолетовом свете. Затем они были объединены для имитации цветного изображения.

В нижнем левом углу едва заметны две тусклые, интригующие точки света. Это — Тетис и Энцелад, два из 82 спутников Сатурна. Энцелад — необыкновенный маленький мир, подо льдом которого скрывается глубокий теплый океан. Астробиологи считают его одним из наиболее вероятных мест обнаружения инопланетной жизни в Солнечной системе. Этому тоже помогает игра света и тени.

Энцелад — увлекательное тело, секреты которого раскрываются, если не смотреть на него слишком прямо. Теплый океан, спрятанный подо льдом, вполне мог бы остаться неизвестным, если бы не гейзеры, которые бьют из трещин на южном полюсе шестого по размеру спутника Сатурна. Гейзеры — это мелкие детали, невидимые на прямых изображениях поверхности небольшого тела. Но они выделяются, если смотреть на них на фоне пустого пространства. Особенно если они подсвечены Солнцем сзади.

На снимке Cassini, сделанном 30 ноября 2010 года, несколько гейзеров бьют в разных направлениях. Тень Энцелада на фоне гейзеров помогла ученым определить их расположение и геометрию. Наблюдение за тем, как эти тени менялись в течение сезона, дало еще больше информации.

Химический анализ выбрасываемого материала принес несколько интересных новостей. Помимо ожидаемой воды и солей, гейзеры содержат органические соединения. Инструменты Cassini также обнаружили присутствие кремнезема, который может смешиваться с водой в подводных вулканах.

Вместе эти данные указывают на то, что Энцелад имеет как ингредиенты для появления жизни, так и потенциальный источник энергии. Гидротермальные источники на Земле поддерживают богатые экосистемы. Однако если на этом спутнике Сатурна есть жизнь, ее будет трудно найти. Даже в самых тонких местах ледяная корка, вероятно, имеет толщину не менее километра. А это значит, что все живое должно плавать в чернильной темноте.

Увидеть затмение на Сатурне — редкость. А вот увидеть солнечное затмение Плутоном — событие, которое случается только раз в течение человеческой жизни. Это произошло 14 июля 2015 года, когда космический корабль NASA New Horizons пролетел за карликовой планетой, уходя из Солнечной системы. Пока планов повторить подобный маневр другим аппаратом с Земли не планируется.

Долгое время Плутон считался безвоздушным, инертным миром. Автоматическая межпланетная станция New Horizons доказала обратное. Если бы маленькая планета была голым ледяным шаром, она выглядела бы как черный диск. Но насыщенно-синий ободок говорит о другом.

Несмотря на то, что Плутон меньше, чем Луна, и температура на нем колеблется около -230 градусов по Цельсию, планета имеет сложную атмосферу, состоящую из азота с примесью метана и окиси углерода. Она и создает неожиданно голубую дымку.

Если присмотреться, можно увидеть, что дымка разделена на десятки слоев. Ученые, работающие с данными New Horizons, считают, что дымка состоит из фотохимического смога, включающего такие органические соединения, как этилен и ацетилен. Частицы настолько мелкие, что рассеивают в основном синий свет, по той же причине, по которой наше небо — голубое.

Все, что движется перед Солнцем, может вызвать затмение. Это не обязательно должна быть планета или спутник. Подойдет и «космическая странница», как видно на снимке кометы 67P/Чурюмова — Герасименко.

С 2014 по 2016 год миссия Rosetta Европейского космического агентства изучила 67P вблизи и сбросила на поверхность небольшой спускаемый аппарат, получив лучшие из когда-либо сделанных изображений холодного твердого ядра кометы.

29 марта 2016 года Rosetta сфотографировала 67P с расстояния примерно в 800 километров. Сама комета крошечная — около четырех километров в ширину в самом длинном измерении. Поэтому, строго говоря, это не настоящее затмение. Солнце находится немного в стороне, а не прямо позади объекта. Но в таком положении комета почти полностью освещена задним светом. Ее ночная сторона обращена к наблюдателю на фоне звездного неба.

Можно увидеть луч солнечного света, падающий на поверхность кометы. Что действительно интересно, так это нечеткие струи и полосы, окружающие 67P, которые особенно выделяются при таком освещении сзади.

Комета Чурюмова — Герасименко провела большую часть своей жизни (миллиарды лет) в тусклом мраке пояса Койпера — области внешней Солнечной системы, которая простирается далеко за Плутоном. В какой-то момент ее потянуло внутрь, к Солнцу. В 1959 году 67P посчастливилось пройти близко к Юпитеру, что подтолкнуло ее еще ближе к нам. Теперь замороженные газы регулярно испаряются под воздействием солнечного тепла, выделяя облака пыли, которые делают струи видимыми. То, что видно на данном снимке — первая стадия процесса, дающего кометам их хвосты. Сама комета почти черная, как кусок угля, но огромный след газа и пыли, который она оставляет, улавливает солнечный свет и заставляет кометы красиво светиться в нашем небе.

Иногда астрономы не могут понять, на что они смотрят, пока не увидят тень предмета. Так случилось с загадочным объектом, известным как Аррокот. Он находится более чем в 6,5 миллиардах километров от Солнца в поясе Койпера, где образовалась комета 67P. Объект был вторым пунктом назначения для New Horizons после встречи с Плутоном и его лунами.

До появления New Horizons 31 декабря 2018 года ученые практически ничего не знали об этом объекте. Он наблюдался космическим телескопом «Хаббл» только как точка в темноте. На первых изображениях космической станции Аррокот казался похожим на снеговика размером около 30 километров с меньшим шаром, закрепленным на втором, более крупном. Затем, через день, зонд «оглянулся» на свою цель, когда улетал от нее, и картина стала более сложной.

Аррокот показался двумя пятнами, большая часть которых закрывала свет звезд, обрамленных двумя тонкими полумесяцами слабого солнечного света. Стало ясно, что это не снеговик, а два блина, склеенных краями. Ничего подобного раньше никто не видел. Такая хрупкая структура могла быть сформирована только с помощью деликатного, нежного процесса.

Формирование Земли было бурным процессом, отмеченным сотрясениями от ударов астероидов и адскими крупномасштабными столкновениями. Аррокот показал, что насилие — не всегда единственно верное решение. На внешних окраинах Солнечной системы объекты, по-видимому, были настолько холодными и медленными, что могли просто соприкасаться и слипаться.

Одно из самых поразительных недавних открытий, касающихся Солнечной системы, заключается в том, что в ней повсюду есть вода. Но она не всегда на виду. Примером может служить океан Энцелада, а также аналогичные «погребенные» океаны на спутнике Юпитера — Европе и, скорее всего, на нескольких других лунах. Еще более удивительным, пожалуй, было открытие водяного льда на Меркурии — планете, ближайшей к Солнцу. Дневные температуры на планете колеблются около 400 градусов по Цельсию, что, казалось бы, исключает наличие любой воды, а тем более льда. Секрет, оказывается, кроется в тех местах, куда не проникает солнечный свет.

Вокруг северного и южного полюсов Меркурия есть десятки кратеров и впадин, которые создают постоянные тени. Так как они не получают тепла от Солнца и поскольку у Меркурия нет атмосферы, в этих местах очень холодно — ниже -180 градусов по Цельсию. При таких температурах лед может оставаться стабильным бесконечно долго. Это объясняет, почему волны радаров, отражающиеся от этих областей, похожи на отражения от ледяных слоев.

С 2011 по 2015 год космический аппарат NASA MESSENGER нанес на карту Меркурия «кратеры вечной тьмы» и подтвердил, что их положение совпадает с данными радарных сигналов. Топографические измерения показывают, что затененные кратеры, по-видимому, содержат толстые наклонные отложения, которые, вероятно, представляют собой скопления водяного льда. Подобные отложения льда, похоже, существуют на полюсах нашей Луны. Они могут дать полезные ресурсы для будущих исследователей.

Вторая планета от Солнца не может похвастаться особым вниманием со стороны человечества. К Венере редко отправляют космические аппараты. Отчасти проблема состоит в том, что на нее очень скучно смотреть. «Утренняя звезда» покрыта вечными сплошными облаками, которые отражают 75% падающего на них света. Это делает Венеру яркой и красивой в небе над Землей, но трудной для визуальных наблюдений.

Японский зонд «Акацуки», который сейчас находится на орбите Венеры, исследует планету в инфракрасном излучении и видит совершенно другой мир. Под облаками Венера имеет плотную атмосферу из углекислого газа. Она в 90 раз толще земной, что создает сильный парниковый эффект, нагревая поверхность до 450 градусов по Цельсию. При такой температуре она ярко светится в инфракрасном диапазоне, как электрическая лампа в приборе ночного видения. Таким образом, то, что видит «Акацуки», похоже на негатив фотосъемки, в котором все обычные представления о ярком и темном перевернуты.

На этом изображении видна ночная сторона Венеры. Свет исходит не от Солнца, его дает инфракрасное излучение планеты и ее нижних слоев атмосферы. Яркие пятна — области, где верхние облака тонкие, пропускающие инфракрасный свет. Темные пятна — скопления толстых высотных облаков. Оранжевая полоса — передержанный фрагмент дневной стороны планеты. В таком свете Венера — это дикое, бурное и динамичное место. Она очень похожа на Землю по размеру и составу, но каким-то образом превратилась в сущий ад. Эта планета может предсказать нашу мрачную судьбу, что заслуживает более пристального внимания.

Нам важно ваше мнение!

+0

Комментарии (0)