Грозы в космосе

В декабре 1978 года приборы спускаемых аппаратов советских автоматических станций «Венера-11» и «Венера-12» зафиксировали довольно крупные электрические разряды в атмосфере «утренней звезды». Аналогичные результаты в это же время получили спускаемые модули американской посадочной станции «Пионер-Венера-2». После того как обнаружение молниевых разрядов подтвердилось, ученые обратились к старым данным с орбитальных блоков станций «Венера-9» и «Венера-10». Оказалось, что еще в середине 70-х аппаратура, регистрирующая изменение световых характеристик, зафиксировала быстрые резкие изменения в оптическом диапазоне. После повторного анализа было признано, что эти наблюдения действительно описывают электрические явления в атмосфере, то есть молнии. В период с 1979 по 1991 год аномальное усиление электромагнитного поля и радиоимпульсы – возможно, также вызванные молниями, – фиксировались американским орбитальным аппаратом «Пионер-Венера-1», а в 1985-м подобные явления уловили атмосферные аэростатные зонды автоматических станций «Вега-1» и «Вега-2», вооруженные аппаратурой для измерения метеорологических параметров и электрической активности атмосферы планеты. Начиная с апреля 2006 года исследование Венеры с орбиты искусственного спутника осуществляет «Венера-экспресс» – зонд Европейского космического агентства. В 2006–2007 годах аппарат сообщил об обнаружении геликонов – особых электромагнитных возбуждений в плазме, возникновение которых ученые объяснили воздействием молний.

На данный момент науке известно, что мощность венерианских молний составляет в среднем примерно половину земных. Но самая примечательная особенность электрических разрядов на Венере – то, что, в отличие от аналогичных явлений на Земле, Юпитере и Сатурне, образование венерианских молний не связано с водяными облаками. Для возникновения искрового разряда на «утренней звезде» необходимо облако серной кислоты. 

Обнаружение молний на Юпитере стало одним из самых серьезных открытий, сделанных космическими аппаратами «Вояджер-1» и «Вояджер-2» в 1979 году: на снимках неосвещенной стороны планеты, переданных зондами, были отчетливо видны отблески сильнейших электрических разрядов. Но на фоне других находок «Вояджеров» – таких как обнаружение кольца Юпитера и выявление вулканизма на его спутнике Ио – молнии выглядели уже не так эффектно. Орбитальный аппарат Галилео в течение 1995–2003 годов также фиксировал молнии в атмосфере планеты – тот же факт подтверждали данные зонда «Новые горизонты», что направлялся к Плутону в 2007 году.

«Грозовые» разряды сверкают там непрерывно. В целом юпитерские грозы очень похожи на земные. Конечно, судя по световым характеристикам, мощность электрических разрядов на Юпитере в десятки раз больше, чем мощность аналогичных явлений на Земле. Но механизм возникновения тот же: заряд образуется из-за столкновения ледяных и водяных капель. Более подробные выводы были сделаны после ночной съемки, выполненной космическим аппаратом «Галилео»: оказалось, что яркие вспышки молниевых разрядов происходят в так называемых активных областях, расположенных на одном уровне с водяными облаками, и освещают более низкие облака, содержащие углеводороды.

В декабре 1995 года были осуществлены и непосредственные измерения показателей юпитерианских молний: в атмосферу планеты спустился посадочный отсек станции «Галилео», в состав аппаратуры которого входил прибор, регистрирующий соответствующие импульсы в оптическом и радиодиапазоне. Правда, зонд проработал всего час, а затем был уничтожен давлением вышележащих слоев атмосферы.

Целых пять лет нужно было провести на орбите Сатурна американскому зонду «Кассини», прежде чем он смог зарегистрировать первые молнии в атмосфере гиганта. Ввиду большой площади колец отраженный ими свет долго не позволял обнаружить вспышки даже на ночной стороне планеты, а в августе 2009 года, с приходом равноденствия, на Сатурне наступила долгожданная темнота.

Ранее «Кассини» неоднократно фиксировал электрические разряды, которые возникали во время гипотетических гроз в радиодиапазоне, но в августе 2009 года радиосигнал впервые сопровождал видимую с аппарата вспышку молнии. В тот момент, когда данные в оптическом и радиодиапазонах совпали, стало ясно, что в атмосфере Сатурна действительно происходят мощные грозовые разряды. Гигантские молниевые штормы на Сатурне длятся порой несколько месяцев, но происходят гораздо реже, чем на Земле: так, к примеру, ни разу не было зафиксировано несколько бурь одновременно, хотя глобальная съемка с зонда охватывала всю планету. А в марте 2011 года «Кассини» зафиксировал поистине уникальную бурю, во время которой молнии были видны даже на освещенной стороне планеты. Расчеты показывали, что мощность электрических разрядов тогда составляла около 3 млрд Вт, а размер освещенной области в момент вспышек – более 200 км, несмотря на интенсивное поглощение.

Примерно в это же время выяснилось, что последствия электрических разрядов вблизи поверхности облаков влияют на кольца планеты. Загадочные образования в некоторых радиальных зонах колец были обнаружены первой парой «Вояджеров», которые исследовали Сатурн в 1980–1981 годах. Образования эти имели вид темных или светлых полос шириной около 100 км и длиной до 20 тысяч км. Эти полосы на кольцах оказались довольно непостоянными: существовали всего несколько часов, а порой – к примеру, в период между 1998 и 2004 годами – и вовсе не наблюдались. Снова они появились только в сентябре 2009-го: телекамеры «Кассини» регулярно фиксировали полосы на своих изображениях. По одной из гипотез, предложенных немецкими специалистами, изменения спиц происходят из-за электронных пучков, которые формируются молниями на Сатурне: вблизи облачного слоя планеты молнии создают поток врезающихся в кольца электронов и «выбивают» из колец наэлектризованные частицы размером около 0,6 мкм, что приводит к возникновению радиальных полос. Вероятно, это происходит за счет сил электростатического взаимодействия, однако полной уверенности в том, откуда микрочастицы в кольцах получили свой заряд, у ученых пока нет. Но, несмотря на то что космос по-прежнему полон загадок, будущие исследования Венеры, Юпитера, системы Сатурна, а также других крупных тел Солнечной системы, несомненно, принесут нам еще немало неожиданных открытий в области изучения их электрической активности.