Почему с Юпитером сталкивается так много объектов?

Одно из интереснейших и в то же время страшных событий из происходящих на Земле – это столкновение с фрагментом кометы или астероидом. Столкновения вроде того, что не так давно случилось в Челябинске, довольно нередки; в течение жизни человек может увидеть множество таких объектов. Гораздо реже случаются столкновения, приводящие к таким последствиям, как случай на Тунгуске, Аризонский кратер или Великое вымирание, случившееся 65 млн лет назад. Результаты таких столкновений видны по сей день. Но их нельзя сравнивать с тем, что испытывает Юпитер. Почему? Доминик Турпин спрашивает:

В Юпитер врезается так много космических объектов из-за его силы гравитации, или из-за того, что он слишком большой, чтобы промахнуться мимо него?

Когда 17 марта 2016 года астрономы-любители Геррит Кернбауэр и Джон Макеон случайно вели наблюдения и съёмку крупнейшего мира нашей Солнечной системы, на нём произошла внезапная вспышка. 

Единственная известная причина таких вспышек – столкновения, и в последнее время мы наблюдаем большое количество столкновений с Юпитером, в основном благодаря астрономам-любителям, которым нравится смотреть на него даже в то время, когда на планету не направлены профессиональные телескопы. И за последние несколько лет любители смогли обнаружить большое количество столкновений, включая:

В июне 1994 комета Шумейкеров-Леви 9 распалась и столкнулась с Юпитером. Благодаря нашим знаниям о гравитации это событие было предсказано за год. Из-за этого столкновения поверхность Юпитера потемнела на месяцы. Диаметр кометы до распада составлял примерно 5 км.

В июле 2009 астроном-любитель Энтони Весли обнаружил на Юпитере тёмное пятно размером с Землю. Скорее всего, оно возникло в результате столкновения с астероидом диаметром в 0,2 – 0,5 км. Последующие наблюдения космического телескопа им. Хаббла (в оптическом диапазоне, выше) и телескопа обсерватории Кека (в инфракрасном диапазоне, ниже) показали, что при столкновении выделилось в тысячи раз больше энергии, чем на Тунгуске.

В июне 2010 было зафиксировано ещё одно столкновение, причём в реальном времени. Его снова увидел Энтони Весли и Кристофер Го из Филиппин. Вспышка продержалась две секунды, что соответствует массе порядка 500 – 2000 тонн и размеру в 8-13 м. Согласно данным с обсерватории Джемини, на Юпитер, скорее всего, такие объекты падают по нескольку раз в год.

Через несколько месяцев, в августе 2010-го, на Юпитере произошло ещё одно столкновение (выше), приведшее к небольшой вспышке. Его открыл другой любитель, Масаюки Тачикава из Японии.

В сентябре 2012 Дэн Петерсен наблюдал ещё одну вспышку на Юпитере, и в этот раз Джордж Холл снял видео события, что позволило учёным определить: столкновение по размерам и мощности примерно совпадало со столкновением от августа 2010 года.

Почему же на Юпитере это происходит? Почему же там случаются такие крупные, яркие и частые столкновения, по сравнению с которыми меркнут крупнейшие из столкновений, виденных нами на Земле?

Конечно же, в первую очередь в голову приходит размер. Для подсчёта частоты столкновений в любой системе простейшая оценка состоит в перемножении:

1. скоростей объектов (комет, астероидов, метеоров),

2. концентрацию объектов в объёме,

3. поперечное сечение потенциальной цели.

Скорости комет и астероидов, пролетающих вблизи Юпитера, практически совпадают со скоростями объектов вблизи Земли, да и их концентрация в определённом объёме примерно та же, хотя у Юпитера есть небольшое преимущество – из-за того, что он находится чуть ближе к поясу астероидов. Но поперечное сечение сильно отличается: диаметр Юпитера в 11,2 раз больше диаметра Земли, что означает, что его поперечное сечение больше в 125 раз.

И всё же частоту крупных столкновений этим объяснить нельзя. Столкновение 2009 года произошло с объектом большего размера, чем тот, что оставил Аризонский кратер, и такие столкновения на Земле происходят примерно каждые 30 000 – 100 000 лет. Но то, что мы видели столкновение такой мощности на Юпитере менее десяти лет назад – а столкновение Шумейкеров-Леви всего за 15 лет до того – заставляет нас принять неприятный факт: если такие крупные объекты бомбардировали бы Землю так же часто, как Юпитер, мы бы видели в 101000 раз больше кратеров типа Аризонского, а вымирания случались бы в тысячи раз чаще!

Астероид, «убивший динозавров», имел в диаметре 5-10 км и столкнулся с Землёй 65 млн лет назад. С другой стороны, комета Шумейкеров-Леви 9 столкнулась с Юпитером в 1994 году, и обладала таким же размером. Что же – выходит, в 1994 году мы стали свидетелями события, происходящего раз в 500 000 лет? Очень маловероятно.

Рассмотрим лучше другую характеристику Юпитера: гравитацию. Планеты не просто сидят в космосе и ждут, пока в них что-нибудь врежется. Они деформируют саму ткань пространства-времени прямо пропорционально своей массе. Чем массивнее планета, тем сильнее её гравитационное притяжение, действующее на все окружающие её и пролетающие мимо массы.

Гравитационное поле Земли – довольно слабое. Если мимо нас пройдёт медленно движущийся объект – менее 10 км/с относительно нас – мы справимся с тем, чтобы притянуть его к себе. Но астероиды обычно двигаются с относительными скоростями в 17 км/с или более, а кометы – быстрее, чем 50 км/с. Иначе говоря, наша гравитация мало на что способна.

Юпитер же тяжелее в 317 раз, и даже при его огромном радиусе он отлично справляется с притягиванием к себе объектов, движущихся с относительной скоростью в 50 км/с. Иначе говоря, почти всех объектов, попадающих в его окрестности.

Да, Юпитер крупнее Земли, и этот его размер виновен в увеличение количества столкновений примерно в 100 раз. Но на самом деле столкновения с Юпитером случаются чаще из-за его гравитационного притяжения, привлекающего огромное количество комет и астероидов слишком близко к нему – на что Земля неспособна. Всё дело в комбинации гравитации и того обстоятельства, что объекты дальше от Солнца – даже быстрые кометы – двигаются медленнее, поэтому их легче захватить.

Размер имеет значение, но не такое, как гравитация. Единственный объект, лучше привлекающий астероиды в Солнечной системе – это само Солнце, но Юпитер прочно находится на втором месте. Лидирующая теория говорила о том, что он защищает внутренности Солнечной системы от атак астероидов – но оказалось, что это не так. Он просто отлично подошёл на роль снаряда для битья. В остальном нам приходится полагаться на самих себя.