|
| Динамичная Вселенная | Думы о Марсе | Пульсирующая Земля | Ритмы и катастрофы... | Происхождение человека | История | Экспедиции |
| На главную страницу | Поэтическая тетрадь | Новости и комментарии | Об авторе | Контакты |
КАРТА САЙТА Строение и жизнь Вселенной
А.В. Галанин © 2012
© Галанин А.В. Cтроение и жизнь Вселенной // Вселенная живая [Электронный ресурс] – Владивосток, 2012. Адрес доступа: http://ukhtoma.ru/universe1.htm
Предисловие || 1. Структура галактик || 2. Эволюция галактик и звезд в галактиках || 3. Галактика Млечный Путь || 4. Гравитационное взаимодействие звезд и планет в Галактиках || 5. Строение и свойства Метагалактики || 6. Солнечная система (общая характеристика) || 7. Происхождение Солнечной системы || 8. Планеты земной группы: Меркурий, Венера, Земля || 9. Планеты земной группы: Марс, Церера – карликовая планета из Пояса Астероидов || 10. Планеты гиганты: система Юпитера || 11. Планеты гиганты: система Сатурна || 12. Планеты гиганты: система Урана || 13. Планеты гиганты: система Нептуна || 14. Облако Оорта и Пояс Койпера. Плутоноиды || 15. Экзопланеты || 16. Свободные планеты Галактики || 17. Жизнь на Земле старше Солнечной системы|| 18. Как черные дыры порождают галактики || 19. Чёрные дыры и круговорот материи во Вселенной
"Задача науки не только в том, чтобы констатировать
известные факты, но еще и в том, чтобы путем анализа
и синтеза устанавливать факты неизвестные и в
источниках не упомянутые"
Л. ГумилевГлава 10. Планеты гиганты: система Юпитера
Юпитер – самая большая по массе и по объему планета в Солнечной системе, он в 2 раза массивней, чем все планеты Солнечной системы вместе взятые. Юпитер классифицируется как газовый гигант. Эта планета находится далеко за поясом астероидов. Поверхность Юпитера не видна из-за плотного слоя облаков, видимых в телескоп как чередующиеся темные и светлые полосы и яркие пятна. Различия в цвете полос объясняются химическими и температурными различиями. Положения и размеры полос и зон со временем изменяются. Яркие цвета, которые видны в облаках Юпитера, – вероятно, результат химических реакций и примесей, включающих серу и фосфор, чьи соединения имеют разнообразные цвета. Скорость перемещения облачных структур Юпитера достигает 500 км/час, такие ураганные ветры двигают полосы облаков в меридиональном направлении. На Земле ветры создаются большим различием температуры между полюсом и экватором. А на Юпитере и на экваторе, и на полюсах температура примерно одинаковая, по крайней мере, у основания облаков. Очевидно, ветры Юпитера управляются главным образом его внутренним теплом, а не солнечным, как на Земле. Источники тепла Юпитера остаются загадкой.
Предположить, что источником такого тепла могут быть термоядерные реакции синтеза ядер гелия из ядер водорода, планетологи и космофизики не могут, так как давление и температура в недрах этой планеты недостаточна для того, чтобы началась такая реакция. Однако состав атмосферы Юпитера подозрительно напоминает таковый атмосферы Солнца. Так может быть, небольшой "термоядерный реактор" в глубинах Юпитера все же существует? Мощным источником тепла может оказаться и сверхплотное вещество в самом центре Юпитера. При его разуплотнении должно выделяться много энергии.
Юпитер в 80 раз легче самой маленькой звезды главной последовательности, однако он обладает собственным источником тепла, связанным с радиоактивным распадом вещества и энергией, высвобождающейся в результате сжатия. Если бы он нагревался только Солнцем, температура верхних слоев была бы равной 100°К, измерения же дают величину 140°К. Так что в тепловом режиме Юпитера большую роль играют потоки внутренней энергии из центра планеты. Планета излучает энергии больше, чем получает ее от Солнца.
Атмосфера Юпитера состоит на 89% из водорода и на 11% из гелия и напоминает по химическому составу атмосферу Солнца. Ее толщина около 6 тысяч километров. Атмосфера содержит еще аммиак и ацетилен. Большое красное пятно на Юпитере – это гигантский, долго живущий вихрь (круговорот) в атмосфере.
На сегодняшний день известны 63 спутника Юпитера. Четыре из них (так называемые Галилеевы спутники) отличаются большими размерами и массой. Они движутся почти по круговым орбитам в плоскости экватора планеты, а 20 внешних спутников настолько малы и так далеки от планеты, что некоторые из них невидимы с поверхности ее атмосферы невооруженным глазом, а Юпитер в небе самого дальнего из них выглядит меньше Луны.
Система Юпитера и его спутников напоминает Солнечную систему в миниатюре. Схема с сайта: http://www.astrolab.ru/
Ближайшие к Юпитеру спутники, по-видимому, теплового излучения от Юпитера получают не меньше, чем от Солнца.
Юпитер – это полузвезда-полупланета. По крайней мере, энергии он излучает значительно больше, чем получает от Солнца. Наиболее горячим местом на Юпитере является так называемое Большое красное пятно – огромный вихрь, сохраняющийся вот уже не менее 3 столетий с тех пор, как эту планету начал рассматривать в телескоп Галилео Галилей.
Юпитер имеет очень мощную атмосферу, в которой преобладает водород. Гравитации этого гиганта хватает, чтобы удерживать легкие молекулы водорода. Схема с сайта: http://new.krasfun.ru/
Из планет земной группы спутник (Луну) имеет только Земля и два маленьких спутника (Фобос и Деймос) имеет Марс, а у Юпитера спутников огромное количество. Замечу, что чем дальше от Юпитера находится его спутник, тем больше вытянута его орбита (больше ее экцентриситет). Это говорит о том, что дальние спутники с вытянутыми орбитами – более позднее приобретение Юпитера. По всей вероятности, они были захвачены гравитацией этого гиганта из пояса Койпера относительно недавно. Постепенно гравитация Юпитера и его больших спутников за счет гравитационного торможения сделают орбиты этих внешних спутников менее вытянутыми.
Атмосфера Юпитера состоит в основном из водорода и гелия. По составу она близка к атмосфере Солнца. Под разноцветными облаками находится слой глубиной 7–25 тыс. км, в котором водород постепенно изменяет своё состояние от газа к жидкости с увеличением давления и температуры (до 6000°С). Чёткой границы, отделяющей газообразный водород от жидкого, по-видимому, не существует. В месте перехода газообразного водорода в жидкий, вероятно, происходят весьма необычные процессы – водородный океан должен буквально кипеть.
Под жидким водородным океаном находится слой твердого "металлического" водорода, толщина которого может быть около 30–50 тыс. км. Металлический водород может существовать при давлении в несколько миллионов атмосфер. Протоны и электроны в таком веществе существуют раздельно, поэтому этот слой Юпитера обладает высокой электропроводностью. Мощные электротоки в слое металлического водорода порождают гигантское магнитное поле Юпитера.
Для того, чтобы удерживать водород и гелий, Юпитер должен иметь массивное ядро, состоящее из тяжёлых элементов. Размер этого ядра, как предполагают исследователи планетологи, порядка 15–30 тыс. км в диаметре, причем ядро обладает очень высокой плотностью. По теоретическим расчётам, температура ядра планеты – порядка 30 000°С, а давление – 30–100 млн. атмосфер. Надо полагать, что эти цифры очень приблизительны. Думаю, что в центре ядра Юпитера находится сверхплотное первородное вещество в количестве достаточном, чтобы создать гравитационное поле, удерживающее столь большую атмосферу и жидкую сферу из легких атомов водорода.
Внутреннее строение Юпитера. Схема с сайта: http://universe.ucoz.ua/index/0-12
Если бы Юпитер на несколько миллионов лет попал в газо-пылевое облако Галактики, то его атмосфера значительно бы увеличилась – настолько, чтобы в ней начались полноценные реакции термоядерного синтеза гелия. В этом случае Юпитер мог бы стать полноценной звездой со своими планетами (ныне спутники Юпитера). А может быть, он ею и был когда-то – до того, как был захвачен в гравитационную систему Солнца?
Далее предлагаю познакомиться со спутниками гиганта Юпитера, их параметрами, подумать о их происхождении. Благодаря космическим аппаратам, сделавшим много снимков этих миров, изучившим их состав, температуру и другие свойства, можно многое увидеть и даже понять жизнь этой удивительной гравитационной системы. Начнем с Галилеевых спутников.
Ио
Спутник Юпитера Ио – самый близкий к планете, его диаметр составляет 3 642 километров. Ио четвёртый по величине спутник в Солнечной системе. Он носит имя мифологической жрицы богини Геры и возлюбленной бога Зевса.
Объем Ио – 2,53·10 в 10степени км3, средняя плотность 3,528 г/см3. Он повернут к Юпитеру всегда одной стороной, температура поверхности по Кельвину от 90 до 130 градусов. Имеются следы атмосферы, на 90% состоящей из диоксида серы.
На Ио исследователи насчитали более 400 действующих вулканов, его высокая активность обусловлена периодическим нагреванием спутника в результате трения, которое происходит в его недрах из-за приливных гравитационных воздействий со стороны Юпитера, Европы и Ганимеда. Из некоторых вулканов сера и диоксида серы выбрасываются на высоту 500 км над поверхностью (для сравнения – на Земле вулканы выбрасыват вещество не выше 20 км). На поверхности Ио есть горы, возникшие благодаря обширному сжатию его коры. Некоторые из этих пиков поднимаются над поверхностью на 11 км. В отличие от большинства спутников во внешней части Солнечной системы, которые в основном состоят из водяного льда, Ио состоит из силикатных пород, окружающих расплавленное тяжелое железное или сернисто-железное ядро. На большей части поверхности этого спутника видны обширные равнины, покрытые застывшей серой и диоксидом серы.
На поверхности Ио текут обширные потоки лавы, достигающие 500 километров в длину. Газообразный материал, произведённый вулканами, создает разреженную маломощную атмосферу Ио и обширную магнитосферу Юпитера. Вулканические извержение на Ио также производит огромное плазменное вздутие ионосферы вокруг Юпитера.
В 1979 году два космических корабля «Вояджер 1» и «Вояджер 2» представили Ио миру как геологически активный спутник с многочисленными вулканами, большими горами и сравнительно молодой поверхностью без каких-либо заметных ударных кратеров. Космический аппарат «Галилео» выполнил несколько близких к Ио пролётов в 1990-х и в начале 2000-х годов, получив данные о внутренней структуре Ио и о составе его поверхности. Была обнаружена связь между Ио и магнитосферой Юпитера и существованием пояса радиации, сосредоточенного на его орбите. Ио получает около 3600 бэр радиации в день (для сравнения: однократно полученная доза в 600–700 бэр считается абсолютно смертельной).
Первое наблюдение Ио было сделано Галилео Галлилеем 7 января 1610 года в телескоп с 20-ти кратным увеличением. Но другой итальянский ученый Симон Марий утверждал, что наблюдал Ио и другие спутники Юпитера ещё в 1609 году, за одну неделю до открытия их Галлилеем, но Галилео выразил сомнения в подлинности данных утверждений и отклонил работу Мария к печати как плагиат. Несмотря на это, первое зарегистрированное наблюдение Мария датировано 29 декабря 1609 года по Юлианскому календарю, что соответствует 8 января 1610 года по Григорианскому календарю, которым пользовался Галилео. С учётом того, что Галилео первым опубликовал работу, ему и приписывают открытие спутников Юпитера.
Из 35 витков космического аппарата «Галилео» вокруг Юпитера в 1997 г. семь были запланированы с целью изучения Ио. Максимальное сближение аппарата с Ио составило 102 км. Затем «Галилео» пролетел мимо Ио три раза в конце 1999 и в начале 2000 года, и три раза – в конце 2001 и в начале 2002 года. А 21 сентября 2003 года «Галилео» расплавился в верхних слоях атмосферы Юпитера. Снимки, полученные с помощью телескопа Хаббл, позволяют следить за действующими на Ио вулканами даже без помощи дорогих запусков космических аппаратов.
Космический корабль «Новые горизонты» по пути к Плутону и поясу Койпера также пролетал мимо системы Юпитера и сфотографировал Ио 28 февраля 2007 г. Во время этого пролёта было сделано множество отдалённых наблюдений за Ио. К ним, в частности, относятся снимки большого шлейфа на вулкане Тваштар. Аппарат «Новые Горизонты» смог сделать снимок вулкана вблизи Girru Patera на ранних стадиях извержения и сфотографировать несколько других извержений вулканов.
Для изучения системы Юпитера начата миссия аппарата «Юнона», запущенного 5 августа 2011 г., она может обеспечить мониторинг за вулканической деятельностью Ио с помощью инфракрасного спектрометра. Запланированная дата выхода «Юноны» на необходимую орбиту – август 2016 г. А совместная NASA/ESA/Роскосмос космическая программа намечена на 2020 г.
Ио требуется 42,5 часа, чтобы совершить полный оборот вокруг Юпитера. Этот спутник находится в орбитальном резонансе 2:1 с Европой и 4:1 с Ганимедом, успевая совершить 2 оборота вокруг Юпитера за время, пока Европа делает один, и обернутся 4 раза за то время, пока Ганимед делает тоже один оборот. Такой резонанс вызывает приливной разогрев всех трех спутников. Как и другие Галилеевы спутники, а так же как Луна к Земле, Ио вращается синхронно с вращением планеты, поэтому спутник Ио всегда обращен к Юпитеру одной своей стороной.
Магнитосфера Юпитера вбирает в себя газы и пыль с Ио примерно по 1 тонне в секунду. Эта в основном ионы и атомы серы, кислорода и хлора; а также атомы натрия и калия; молекулы диоксида серы; а также пыль из хлорида натрия (поваренной соли). Первоначально это все продуцируется вулканами Ио, и в магнитное поле Юпитера и в межспутниковое юпитерианское пространство попадает уже из атмосферы Ио. Вся эта материя, в зависимости от уровня её ионизации или состава, оказывается в различных облаках и радиационных поясах Юпитерианской магнитосферы, и потом часть ее покидает пределы Юпитерианской системы. Ио окружена атомарным облаком из серы, кислорода, натрия, и калия до расстояния, равного примерно шести её радиусам от поверхности. Вот такая странная разреженная атмосфера у Ио.
Ио состоит в основном из силикатных пород и железа, плотность ее равна 3,5275 г/см3, что намного выше плотности других галилеевых спутников (даже плотнее Луны), и это ставит Ио на первое место по плотности среди спутников Солнечной системы. Ядро Ио, как считают планетологи, состоит из железа или сульфида железа, а мантия и кора спутника богаты силикатами. Металлическое ядро составляет приблизительно 20% от массы Ио. Предполагают также, что радиус ядра от 350 до 650 км. Собственное магнитное поле Ио не обнаружено. Мантия ее состоит из богатого магнием минерала фостерита, ее состав подобен составу метеоритов типа хондритов, только с более высоким содержанием железа и более низким содержанием кремния. На Ио 10% мантии может быть в расплавленнм виде, а это примерно 50 км толщины мантии. Температура этого расплава достигает 1200°С. Толщина же коры Ио, состоящей из базальтов и серы, вероятно, не менее 12 километров, но и не более 40 километров.
Карта поверхности Ио с сайта: http://ru.wikipedia.org/wiki/.
Наземные наблюдения и замеры инфракрасного излучения Ио с автоматических станций указывают на то, что его кора в основном состоит из основной и ультраосновной базальтавой лавы. Эти предположения основаны на замерах температур «горячих пятен», для которых характерна температура в 1300°К а местами и в 1600°К. Первоначальные оценки температуры извержений в 2000°К оказались завышенными.
На Ио распространены столовые горы с плоскими вершинами и с неровной поверхностью. Только небольшое количество гор имеет вулканическое происхождение. Эти горы напоминают невысокие щитовидные вулканы с некрутыми склонами (6–7°). Вулканические горы в среднем достигают только 1–2 км в высоту и имеют 40–60 км в поперечнике в основании.
Атмосфера Ио очень тонкая и состоит из двуокиси серы (SO2) с незначительным содержанием моноксида серы (SO), хлорида натрия (NaCl), серы и кислорода в атомарном виде.
Полярные сияния на Ио, как и на Земле, происходят из-за частиц, поражающих атмосферу, хотя в этом случае заряженные ионы прибывают в атмосферу Ио от Юпитера, а не приносятся солнечным ветром. Полярные сияния наблюдается возле магнитных полюсов спутника, но самые яркие сияния можно наблюдать не над полюсами, а вблизи экватора. Вблизи от экватора столбы газа из вулканов поднимаются выше, а сияния тесно связаны с этими выбросами. Сияния из атомов кислорода бывают красного цвета, из атомов натрия – зелёного.
Спутник Юпитера Ио похож на золотой разрисованный акварельными красками шар. Диаметр спутника 3630 км., расстояние от него до центра Юпитера 422 000 км., период обращения вокруг Юпитера 1 сутки 18 часов. Ио удалена от Юпитера чуть дальше, чем Луна от Земли. Но благодаря огромной массе Юпитера, период обращения Ио и на этом большем расстоянии гораздо короче периода обращения Луны вокруг Земли. Для наблюдателя в телескоп спутник Ио видна при ясном небе каждый день и каждый день на новом месте относительно диска Юпитера. Фото с сайта: http://forums.explosm.net/showthread.php?t=69852
Ио вулканически активна! На ее желто-оранжевой поверхности "Вояджеры" обнаружили 12 действующих вулканов, извергающих султаны лавы и газа высотой до 500 км. Основной выбрасываемый газ – диоксид серы, замерзающий потом на поверхности в виде твердого белого вещества. Доминирующим желтым и оранжевым цветам этот спутник обязан соединениям серы. Поверхность вулканически активных областей Ио нагрета до 300° С. Фото с сайта: http://galspace.spb.ru/foto-3.file/3.html
Извержение вулканов на Ио. Фото с сайта: http://ru.wikipedia.org/wiki/
Мощный гул сотрясает кору Ио, из жерла вулкана со скоростью до 1 км/сек вылетают вместе с газом камни и после свободного падения с огромной высоты врезаются в поверхность во многих сотнях километров от вулкана. Из некоторых вулканических кальдер выплёскивается расплавленная черная сера и растекается горячими реками. На фотографиях "Вояджеров" видны черные озёра и даже целые моря расплавленной серы. Крупнейшее лавовое озеро из жидкой серы находится возле вулкана Локи и имеет размер 20 км в поперечнике. В центре его расположен потрескавшийся оранжевый плавающий остров из затвердевшей серы.
Черные озера Ио колышутся в оранжевых берегах, а в небе над ними нависает громада Юпитера. Вулканическая активность Ио обусловлена гравитационным влиянием на нее Юпитера, который мощным тяготением создал два приливных горба на поверхности спутника, которые затормозили вращение Ио, отчего она всегда обращена к Юпитеру одной стороной. Орбита Ио, однако, не является точно круговой, поэтому приливные горбы слегка перемещаются по поверхности, что приводит к разогреванию коры и внутренних слоев спутника. В определенной степени этот эффект вызывается приливными воздействиями других массивных спутников Юпитера, в первую очередь, ближайшего к Ио – Европы.
В отличие от земных вулканов, у которых мощные извержения эпизодичны, вулканы на Ио работают практически не переставая, хотя активность их может меняться. Вулканы и гейзеры выбрасывают часть вещества даже в космос. Поэтому вдоль орбиты Ио тянется плазменный шлейф облаков из ионизированных атомов кислорода и серы и нейтральных атомов натрия и калия. Вещество этого шлейфа "питает" кольца Юпитера.
Ударные кратеры на Ио отсутствуют из-за интенсивной вулканической переработки поверхности. На ней есть каменные массивы высотой до 9–11 км. Плотность Ио довольно высокая – около 3 г/см3. Под частично расплавленной оболочкой из силикатов в центре спутника расположено тяжелое ядро с большим содержанием железа.
У Ио есть разреженная атмосфера, и в этой разреженной атмосфере преобладают молекулы SO2 и соответствующие продукты диссоциации — SO, О и S. Были обнаружены атомы Na, К. Зарегистрировано интенсивное излучение от полярных областей Ио – полярные сияния («Природа», 2000, N 5).
Интенсивное излучение в синем диапазоне спектра связывают с процессами, которые сопровождают нередкие на Ио вулканические столбообразные выбросы. Вероятно, оно порождается возбуждением молекул SO2 электронами. Менее интенсивное излучение красное излучение объясняют присутствием над полюсом Ио атомарного кислорода.
Вокруг Юпитера существует магнитоплазменный тор – кольцеобразное облако заряженных частиц (в основном ионов серы и кислорода), захваченных магнитным полем планеты. Плазма вращается вместе с этим полем и постоянно пополняется молекулами с Ио. Суммарное излучение от всего диска Ио убывает после начала затмения, в то время как локальное синее свечение, наоборот, становится более ярким (Джон Анчак. Science. 1999. V. 285. № 5429. Р. 870).
Сильная радиация Юпитера буквально искалечила космический корабль НАСА "Галилео Галилей" во время прохода корабля на ближайшем расстоянии от Ио. "Галилей" должен был пройти над Ио на расстоянии всего в 186 миль. Радиация с Юпитера повлекла за собой ошибку в памяти бортового компьютера.
Функции корабля были восстановлены, но чтобы доставить все собранную информацию на Землю, потребовалось несколько недель. С корабля поступила информация, что на поверхности Ио более 100 извергающихся вулканов и большое количество огромных лавовых потоков. Ученые говорят, что подобные извержения, сравнимые с извержениями на Ио, происходили и на Земле, но только 2 млрд. лет назад.
Европа
Европа – это шестой спутник Юпитера, наименьший из четырёх галилеевых спутников, но один из самых крупных спутников в Солнечной системе. Обнаружена в 1610 году Галилео Галилеем и, вероятно, Симоном Марием почти одновременно. На протяжении столетий за Европой велись наблюдения при помощи телескопов, а, начиная с 1970-х годов, пролетающими вблизи космическими аппаратами.
Европа состоит из силикатных пород, а в центре ее находится железное ядро. Поверхность этого спутника состоит изо льда, она испещрена трещинами и полосами, в то время как кратеров на Европе практически нет. Под поверхностью толстого льда находится океан жидкой воды, который может служить пристанищем для жизни, подобной той, которая во второй половине ХХ века была обнаружена на дне глубоких океанов на Земле возле подводных вулканов и гейзеров с горячей водой, называемых "черными курильщиками". Эндогенного тепла Европы, возникающего от ее гравитационных деформаций, вполне достаточно, чтобы под толстой ледяной коркой сохранялся океан в жидком виде. У этого спутника есть крайне разреженная атмосфера, состоящая в основном из кислорода.
Средний радиус Европы 1560,8 км, масса 4,7998·10 в 22 степени кг, объем 15 926 867 918 км3, средняя плотность 3,013 г/см3, ускорение свободного падения g = 1,315 м/сек за секунду, вторая космическая скорость 2,026 км/сек, наклон оси к плоскости своей орбиты отсутствует, давление кислородной атмосферы 0,1 мкПа.
Радиус орбиты Европы равен 670 900 км, полный оборот вокруг Юпитера она совершает за время немногим больше трёх с половиной земных суток. Орбита спутника почти круговая. Как и все галилеевы спутники, Европа всегда повёрнута к Юпитеру одной и той же стороной (находится в приливном захвате).
Однако более детальные исследования показали, что спутник находится не в полном приливном захвате: вокруг своей оси он вращается немного быстрее, чем обращается вокруг планеты.
Небольшой эксцентриситет орбиты Европы поддерживается гравитационными возмущениями от других галилеевых спутников. Это заставляет точку Европы, находящуюся прямо под Юпитером, колебаться около среднего положения орбиты вблизи от плоскости экватора Юпитера. Как только Европа приближается к Юпитеру, гравитационное притяжение планеты увеличивается, и это заставляет спутник несколько видоизменять форму, слегка вытягиваясь по направлению к Юпитеру. Как только Европа удаляется от Юпитера, гравитационное притяжение планеты уменьшается, заставляя спутник снова принимать более сфероидальную форму. Эксцентриситет орбиты Европы постоянно подвергается возмущениям вследствие орбитального резонанса ее с Ио. Приливная деформация обеспечивает спутник источником тепла, который, стимулируя подземные геологические процессы, вероятно, позволяет оставаться подповерхностному океану жидким. Вращение Юпитера является основным источником энергии для этого процесса, эта энергия поступает на Ио через приливы, вызываемые Юпитером, и передаётся Европе и Ганимеду при помощи орбитальных резонансов – их орбитальные периоды относятся как 1:2:4.
Теория происхождения Европы из одного с Юпитером и другими галлилеевыми спутниками газово-пылевого облака не выдерживает элементарной критики. Почему-то таких газовых дисков, в которых само собой происходит уплотнение и формирование космических твердых тел, астрономы не могут найти ни в какие сверхмощные телескопы. А вы попробуйте раскрутить облако газа вокруг центра его тяжести (если вы такой центр найдете). Этого сделать невозможно, так как молекулы газа не сцеплены друг с другом межмолекулярными силами и относительно друг друга свободно передвиаются. По той же причине невозможно раскрутить вокруг оси сырое яйцо, а уж облако газа не удастся раскрутить и подавно. А вот стоит яйцо сварить, и оно легко раскручивается. В жидкости молекулы не связаны друг с другом жестко, поэтому жидкости текут. В газе они вообще не связаны межмолекулярными связями, но если газ сильно охладить и превратить в лед, то кусок этого льда тоже можно быдет заставить вращаться. Но как только температура этого льда от вращения станет возрастать, лед испарится, и снова будет облако.
Скорее всего, твердые космические тела сверхплотного вещества разной по величине массы были выброшены при взрыве чёрной дыры. Двигаясь в газово-пылевых облаках, они захватывали газ и пыль, из которых формировались их твердые внешние оболочки, океаны и атмосферы. В результате наиболее тяжелые тела стали звездами, так как смогли удерживать огромные атмосферы из водорода, тела поменьше – планетами, а еще меньшие – спутниками планет. Формирующиеся космические тела (будущие звезды, планеты и спутники) взаимодействовали друг с другом благодаря своей гравитации, при этом образовывали системы, в которых звезды равной массы вращались вокруг общих центров тяжести, большие тела вращались вокруг меньших, сталкивались друг с другом. В результате возникали устойчивые гравитационные системы из многих спутников, вращающихся вокруг больших тел с мощной гравитацией. Такие системы возникли в результате длительной сборки из ранее свободно движущихся галактических космических тел. Некоторые спутники в гравитационные системы планет гигантов попали раньше, некоторые позже. Отчасти этим можно объяснить то, что тела (планеты и спутники), входящие в одну гравитационную систему, такие разные по составу и строению.
Европа больше похожа на планеты земной группы, чем на другие «ледяные спутники», и в значительной степени она состоит из тяжелых горных пород. Слой воды, покрывающий силикатную кору Европы, имеет толщину около 100 км, ледяная часть этого слоя – толщиной порядка 10–30 км, подо льдом находится океан соленой жидкой воды. Ниже – на дне этого океана –лежат горные породы, а в центре Европы находится небольшое якобы металлическое ядро.
Поверхность Европы весьма ровная, лишь немногие холмы имеют высоту до нескольких сотен метров. Высокое альбедо (отражательная способность) этого спутника свидетельствует о том, что лёд, покрывающий океан, относительно чистый и, следовательно, «молодой». Считают, что, чем чище лёд на поверхности «ледяных спутников», тем он моложе.
Наиболее часто на поверхности Европы встречаются следующие геоструктуры: равнинные области, которые могли образоваться в результате выброса жидкой воды из криовулканов; хаотические области, которые напоминают случайно разбросанные «обломки или льдины» разных геометрических форм; области с преобладанием линий и полос; хребты (как правило, сдвоенные).
Количество кратеров на Европе невелико, имеется лишь три кратера диаметром свыше 5 км, что также говорит об относительной молодости ее поверхности. По оценкам, основанным на частоте ударных столкновений, возраст поверхности Европы оценивается от 20 до 180 млн лет. С такой частотой поверхность Европы обновляется за счет новых наледей. Сравнение фотографий «Вояджеров» и «Галилео» не выявило каких-либо заметных изменений поверхности этого спутника за 20 лет.
Поверхность Европы по земным меркам очень холодная –150–190°C, разумеется, ниже нуля, там высокий радиационный фон, эквивалентный дозе облучения около 540 бэр в день. Это связано с тем, что орбита Европы проходит через мощный радиационный пояс Юпитера. Данного количества радиации достаточно для того, чтобы вызвать лучевую болезнь у людей.
Вся поверхность Европы испещрена множеством пересекающихся линий – разломов и трещин в ледяном панцире спутника. Некоторые линии почти полностью опоясывают планету. Система трещин в ряде мест напоминает трещины на ледяном панцире Северного Ледовитого океана на Земле. Разломы на Европе образуются неоднократно, периодически возникают новые разломы, а прежние скрепляются свежим льдом так, что ледяной панцирь каждый раз разрывает не по старым разломам, а образуются новые, они пересекают старые, и это отчетливо видно на фотографиях поверхности Европы.
Некоторые разломы в ширину превосходят 20 км, зачастую они с тёмными внешними краями и центральными полосами, состоящими из более светлого льда. Края некоторых трещин могут двигаться относительно друг друга вдоль разлома. Подповерхностная жидкость поднимается через образующиеся трещины вверх.
По наиболее вероятной гипотезе, трещины в ледяной поверхности возникают из-за растяжения поверхности Европы при периодических увеличениях ее объема (пульсации). Данный эффект аналогичен тому, который наблюдается в океанических хребтах Земли (зонах спрединга). Сравнивая фотографии «Вояджера» и «Галилео», учёные пришли к выводу, что полный оборот внешней ледяной коры относительно недр спутника занимает около 12 000 лет. Это значит, что ледяной панцирь Европы движется относительно твердого дна ее океана – океан циркулирует, в нем есть течения.
На Европе имеются протяженные сдвоенные хребты; возможно, они образуются в результате нарастания льда вдоль многократно открывающихся и закрывающихся трещин. Встречаются и тройные хребты. Выход вязкого льда на поверхность образует центральный хребет, а по краям трещины из замерзающей выливающейся на поверхность воды образуются боковые хребты.
На поверхности были обнаружены тёмные пятна – «веснушки». Это – выпуклые и вогнутые образования, которые похожи на более старые участки ледяной поверхности, давно не покрывавшейся новыми слоями наледи. Надо признать, что с "веснушками" Европы не все ясно, непонятен механизм их образования.
Рельеф некоторых частей поверхности позволяет предположить, что на этих участках поверхность когда-то была полностью расплавлена, и в воде даже плавали льдины и айсберги. Причем видно, что льдины (вмороженные ныне в ледяную поверхность) ранее образовывали единую структуру, но затем разошлись и повернулись относительно друг друга. Некоторые участки с волнистой поверхностью образовались, вероятно, в результате процессов сжатия ледяного панциря.
На поверхности Европы есть ударный кратер Пуйл, в центре которого находится возвышение, превышающее стены кратера по высоте, что может свидетельствовать о выходе вязкого льда или воды через отверстие, пробитое астероидом.
Океан Европы редко непосредственно взаимодействует с ее поверхностью. В различных моделях приводятся разные оценки толщины ледяной оболочки, от нескольких километров до десятков километров. Объем океана Европы равен или даже в два раза превышает объем мирового океана Земли.
По другой модели толщина внешней упругой ледяной корки, покрывающей жидкий океан, может составлять всего 200 м: при такой толщине льда возможны постоянные контакты и выходы подповерхностной жидкости на поверхность через открытые трещины – своеобразный круговорот воды через наледи. Сверху в результате наледей лед утолщается, а снизу, благодаря эндогенному теплу, подтаивает.
За счёт приливных воздействий Юпитера на Европу, по причине небольшого, но ненулевого наклона ее оси, приливы поднимают поверхность спутника на высоту до 30 м. Этот вид приливных сил производит так называемые волны Россби, которые движутся очень медленно, но могут генерировать значительную кинетическую энергию. Диссипация этой энергии может служить основным источником тепла для океана Европы.
Спектральный анализ тёмных линий и пятен на поверхности показал наличие солей, в частности, сульфата магния. Красноватый оттенок позволяет предположить наличие также железистых и сернистых соединений. По-видимому, эти соли содержатся в океане Европы и исторгаются на поверхность через расщелины, после чего застывают в виде отложений, а при испарении льда в разреженной атмосфере эти соли вымораживаются и накапливаются в виде "веснушек". Кроме того, обнаружены следы перекиси водорода и гидрата серной кислоты.
Кислород Европы, скорее всего, не биогенного происхождения. Атмосфера ее формируется посредством разложения молекул воды под воздействием радиации. Ионы и электроны магнитосферы Юпитера сталкиваются с ледяной поверхностью Европы, расщепляя воду на кислород и водород. Молекулярный водород никогда не оседает на поверхности, он достаточно легкий и улетучивается в космос.
Часть молекулярного кислорода, произведенного радиолизом, оседает на поверхности, и поскольку поверхность может взаимодействовать с подповерхностным океаном, молекулярный кислород может попасть в океан через трещины, что может способствовать жизни организмов в океане Европы. Концентрации свободного кислорода в подповерхностном океане Европы может оказаться сопоставима с концентрацией кислорода в глубоких океанах Земли на глубине 6–11 км.
Спутник Юпитера Европа. Видны разломы в ледяной поверхности океана и "веснушки" на поверхности. Фото с сайта: http://forum.gorod.dp.ua
На фото справа – поколотая разломами и трещинами поверхность Европы. Льдины повернуты и сдвинуты относительно друг друга. Одни трещины пересекают другие. Эта поверхность говорит о том, что толщина ледяного панциря на Европе не слишком велика.
Поверхность спутника Юпитера Европы. Фото с сайта: http://fototelegraf.ru/?attachment_id=4784
Это образование на поверхности Европы похоже на замерзшую полынью во льду. Фото с сайта: http://www.astrolab.ru
Растрескавшийся ледяной панцирь Европы. Размеры попавшего в кадр участка – 360 x 770 км, а размер самых мелких деталей, которые можно различить, около 1,6 км. Похоже, что океан на Европе не слишком спокоен. Как бы ни был толст ледяной панцирь на его поверхности, но периодически он разламывается, и в образовавшиеся трещины наверх устремляется жидкая вода. Она, разумеется, быстро замерзает. Темные полосы – это, по всей вероятности, свежий чистый молодой лед в трещинах. Старый лед успел покрыться снегом. Этот снег конденсировался в холодной атмосфере Европы из пара, который поднимался из открытой воды в трещинах до тех пор, пока вода в трещинах не покрылась молодым льдом. Ширина трещин, покрытых молодым льдом, до 10 и более километров. Фото с сайта: http://plate-tectonic.narod.ru/
Ландшафты спутника Юпитера Европы весьма разнообразны. Фото с сайта: http://www.physics.upenn.edu/
Вот так, вероятно, выглядит поверхность Европы. Рисунок Mike Carroll, NASA/JPL/Caltech. Фото с сайта: http://scienceblogs.com/
Считается, что Европа имеет большое металлическое ядро (до половины ее радиуса). Затем идет силикатная мантия. Толщина водно-леляной оболочки оценивается в 80–170 км, а мощность ледяного покрова 2–20 км. Под толщей ледяного панциря в океане жидкой воды может быть жизнь, причем весьма высоко организованная. Источником энергии для аквабиосферы может быть энергия химических соединений, которые выбрасываются из подводных вулканов и гейзеров, подобных черным курильщикам в океанах Земли. Схема с сайта: http://www.evrika-park.ru/
На Земле большой интерес представляют подводные гейзеры, или так называемые "черные курильщики", выносящие на поверхность огромные количества сероводорода. Эти гейзеры стали настоящими оазисами жизни на современном океанском дне. Возможно, движущей силой древних геохимических циклов была не солнечная энергия, как принято считать, а тепловая энергия недр. Нечто подобное "черным курильщикам" должно существовать и на спутнике Юпитера Европе, и тогда там можно предположить если не настоящую жизнь, то по крайней мере "преджизнь" в виде развитых автокаталитических систем. А если отказаться от постулата, что для жизни необходима вода, то и сам Юпитер представляет несомненную цель для поисков как минимум "преджизни" заведомо неземного характера. Красноярские биофизики построили гипотезу, основываясь на уравнениях реакций автокатализа, и предполагают проверить ее на практике. Для этого нужно сконструировать проточный реактор, аналогичный применяемому для выращивания микроорганизмов, и подобрать такие реагенты и режим работы, чтобы совершенствование и усложнение автокаталитических систем происходило за разумное время. При правильной постановке эксперимента это вполне возможно.
Ганимед
Ганимед – седьмой спутник Юпитера, один из галилеевых спутников. Он на 8% превосходит по размерам Меркурий (диаметр Ганимеда 5,268 километров), а по массе уступает Меркурию почти в два раза. Диаметр Ганимеда на 2% больше диаметра Титана – второго по величине спутника в Солнечной системе. У Ганимеда самая большая масса среди спутников Солнечной системы, она в 2 раза превышает массу Луны. Оборот вокруг Юпитера Ганимед совершает примерно за семь дней и три часа. Этот спутник также находится в орбитальном резонансе 1:2:4 с Ио и с Европой.
Открыл Ганимед Галилео Галилей 7 января 1610 г., название ему дал Симон Марий в 1614 г. в честь древнегреческого бога виночерпия, любовника Зевса. По данным китайских астрономических записей, в 365 году до н.э., Гань Дэ обнаружил спутник Юпитера невооруженным глазом, вероятно, это был Ганимед.
Орбита Ганимеда находится на расстоянии 1 070 400 километров от Юпитера и имеет небольшой эксцентриситет и наклон относительно плоскости Юпитера, которые периодически изменяются из-за солнечных и планетарных гравитационных возмущений. Эксцентриситет Ганимеда в течение столетий изменяется от 0,0009 до 0,0022, а наклон оси – от 0,05 до 0,32°.
Есть две гипотезы, объясняющие происхождение лапласовского резонанса Ио, Европы и Ганимеда. Согласно одной, этот резонанс существовал с начала образования Солнечной системы, согласно другой – он возник после формирования Солнечной системы. При этом возрастающие приливы на Юпитере заставили расшириться орбиту Ио, пока она не вступила в резонанс 2:1 с Европой; после этого орбита Ио продолжила расширяться, но часть количества движения была передана Европе, так как данный резонанс заставил и её орбиту расширяться. Этот процесс продолжался до тех пор, пока Европа не вступила в резонанс 2:1 с Ганимедом. В конечном счете движения всех трех спутников оказались синхронизированы в так называемом резонансе Лапласа.
Ганимед (кора и мантия) состоит из примерно равного количества силикатных пород и водяного льда. Предполагают, что ядро его состоит из железа с примесями, что на Гинимеде есть жидкий океан под толстой коркой поверхностного льда, глубиной около 200 км. Отношение массы железа к кремнию на Ганимеде составляет 1,05–1,27 (для сравнения: данное соотношение у Солнца составляет 1,8).
Поверхность этого спутника представлена двумя типами ландшафтов. Темные области, занимающие треть его поверхности, испещрены кратерами, возраст которых, как утверждают планетологи, доходит до четырех миллиардов лет. Светлые области богаты обширными разломами и гребнями, возраст которых меньше. Причина молодости светлых областей не изучена, но вероятно, это результат тектонической активности, связанной с гравитационным разогревом ядра и мантии.
Предполагают, что ядро Ганимеда имеет радиус 700–900 км, а мантия имеет толщину (мощность) 800–1000 км. Мантия, вероятно, включает силикатную внутреннюю часть и ледяную внешнюю. Плотность ядра предположительно составляет 5,5–6 г/см3, а силикатной мантии – 3,4–3,6 г/см3. Многие модели для воспроизведения магнитного поля Ганимеда требуют наличия твердого ядра, состоящего из чистого железа внутри жидкого Fe–FeS ядра, что очень похоже на структуру земного ядра. Такое железное ядро должно иметь радиус около 500 километров. Температура в ядре Ганимеда предположительно составляет 1500–1700° К при давлении до 10 ГПа.
Плотнось Ганимеда в целом 1,94 г/см3, масса составляет 0,25 массы Зземли, вторая космическая скорость на его поверхности – 2,74 км/сек, ускорение свободного падения 1,43 м/сек за секунду (для сравнения: на Земле почти 10 м/сек за секунду), температура поверхности в градусах Кельвина составляет: –70°, –110° и –152°. Атмосфера очень разреженная, состоит из кислорода. В атмосфере и на поверхности Ганимеда в виде снега обнаружены углекислый газ, диоксид серы, а на поверхности – различные органические соединения, сульфат магния и сульфат натрия. Предполагают, что ядро Ганимеда расплавлено, что, однако, вызывает большие сомнения. Доказательства существования незначительной кислородной атмосферы у Ганимеда, очень похожей на обнаруженную у Европы, были найдены при помощи телескопа Хаббла в 1995 году. Приповерхностное давление атмосферы Ганимеда оценивается в 0,.2–1,2 мкПА. Считается, что кислород в атмосфере Ганимеда возникает тогда, когда водяной лёд на его поверхности диссоциирует на водород и кислород под действием радиации; водород быстро теряется из за низкой атомной массы, а кислород задерживается и накапливается.
Ганимед – единственный спутник в Солнечной системе, обладающим собственной магнитосферой, которая заключена в пределах намного большего магнитного поля Юпитера и связана с ним через «открытые» силовые линии.
Спутник Юпитера Ганимед. Видны темные участки древней ледяной коры и молодые светлые участки, которые образовались в результате пульсации Ганимеда. По всей вероятности, светлые участки – это молодая ледяная кора, образовавшаяся в зонах спрединга. Фото с сайта: http://www.penza-press.ru
Поверхность Ганимеда. Эту цепочку кратеров оставила комета, врезавшаяся в этот спутник. Предварительно ядро кометы развалилось на множество осколков, которые летели друг за другом и ударяли в Ганимед по очереди. От ударов лед расплавился и начал испаряться, но в холодной атмосфере пар моментально остыл и выпал на древнюю ледяную поверхность белым молодым снегом. Фото с сайта: http://forum.sevastopol.info/
Бороздчатая поверхность Ганимеда, скорее всего, есть следствие криовулканизма и тектоники. Силы, вызывающие эти процессы в литосфере, могут быть связаны с сильным приливным разогревом в прошлом, когда галилеевы спутники Юпитера еще не вступили в резонанс. Это привело к появлению выступов, разломов, трещин, борозд, каналов и складок на его поверхности. В результате этого была стёрта старая, более тёмная поверхность на 70% площади спутника. Формирование бороздчатой поверхности также может быть связано с приливным разогревом недр Ганимеда, что в свою очередь, вызвало расширение Ганимеда на 1–6% благодаря фазовым переходам вещества ядра и мантии и их тепловому расширению. Позднее глубинные «плюмажи» из разогретой жидкой воды, возможно, поднимались к поверхности, вызывая, в свою очередь, тектонические деформации его ледяной коры. Определенный вклад в разогрев Гинимеда внес и разогрев от распада радиоактивных изотопов. Экспериментальные модели предполагают, что если бы орбитальный эксцентриситет Ганимеда был выше, чем в текущий момент (а это, возможно, было в прошлом), приливный разогрев мог выступать более существенным источником разогрева, чем радиоактивный разогрев.
Считается, что наиболее интенсивной бомбардировке метеоритами Ганимеда подвергался 3,5–4 миллиардов лет назад, примерно одновременно с Луной. Большинство ударных кратеров осталось с той эпохи, и после этого они прибавлялись незначительно. Кратеры накладываются на борозды и местами их перекрывают, что указывает на очень большую древность некоторых борозд. Местами попадаются относительно молодые кратеры с радиально расходящимися от них линиями. Кратеры Ганимеда более плоские, чем кратеры на Меркурии и Луне. По всей видимости, тогда гравитационное равновесие в Солнечной системе было нарушено, и столкновения малых и больших тел были делом вполне обычным. Вероятно, причиной отсутствия кратеров в некоторых местах его поверхности является подвижность ледяной коры Ганимеда, которая может течь как ледники. Древние кратеры при этом оказались почти стёрты с поверхности, поэтому наблюдают своего рода «фантомы» древних кратеров, известные как палимпсесты. Тёмный участок поверхности Ганимеда назван Регион Галлилео. На нем можно различить сеть из концентрических борозд. Возможно, что своим появлением этот регион также обязан периоду бурной тектонической активности спутника.
Спутник Юпитера Ганимед. На поверхности видны кратеры, самый большой из них с двумя кольцами. По всей вероятности, двойная структура – следствие одного мощного раннего извержения и одного более позднего менее мощного. Так точно в одно место метеориты дважды не попадают. Думаю, что и на Ганимеде под ледяной корой может быть жидкий океан, в котором обитают живые организмы. Фото с сайта: http://e-smirnov.dreamwidth.org/768267.html
Поверхность Ганимеда. Так же как на Европе, здесь периодически растрескивается ледяная кора, покрывающая океан жидкой воды.Это происходит при расширении ядра и мантии Ганимеда, что может случаться во время фазовых переходов вещества в глубинах спутника. В образовавшиеся при этом разломы ледяной коры поднимается вода из глубин и замерзает. При сжатии спутника лед в разломах может ломаться и образовывать торосы – длинные цепи ледяных гор. Новые разломы могут образовываться в тех же местах, а могут и в новых. Ледяной панцирь на Ганимеде толще, чем на Европе, поэтому ледяные скульптуры и формы рельефа здесь получаются более грубыми. Представляю, какие чудовищные звуки издает ледяной панцирь Ганимеда, когда раскалывается. Мне приходилось слышать, с каким грохотом взрываются ледяные купола наледей в Забайкалье под напором грунтовой воды, разрывающей их. Но там толщина льда всего лишь около 1–2 м. Однако в разреженной атмосфере Ганимеда звук передается плохо. Фото с сайта: http://e-smirnov.dreamwidth.org/768267.html
На Ганимеде есть полярные шапки, вероятно, состоящие из водяного инея. Впервые полярные шапки наблюдались при пролёте космического аппарата "Вояджер". Наличие у Ганимеда собственной магнитосферы является причиной более интенсивной бомбардировки заряженными частицами поверхности в полярных районах спутника, что и приводит к испарению молекул воды и выпаданию водяного инея на локально более прохладные участки в пределах полярного ландшафта.
Взаимодействие между магнитосферой Ганимеда и юпитерианской плазмой напоминает во многих отношениях взаимодействие между солнечным ветром и земной магнитосферой. Основное отличие в том, что скорость плазменного потока от Солнца на Землю сверхзвуковая, а на Ганимед с Юпитера – дозвуковая. Индуктивное магнитное поле Ганимеда напоминает аналогичные поля Каллисто и Европы, что позволяет предположить наличие подповерхностного жидкого соленого океана с высокой электропроводностью.
Несмотря на наличие железного ядра, магнитосфера Ганимеда остаётся загадкой, особо с учётом того, что такие ядра относительно быстро остывают. Из некоторых исследований следует, что с учётом столь небольшого размера ядро уже должно было остыть до той точки, когда жидкостные перемещения и магнитное поле не могут поддерживаться. Одно из объяснений еще неостывшего ядра состоит в том, что орбитальные резонансы колеблют поверхность и недра спутника, позволяя магнитному полю сохраняться. Благодаря эксцентриситету, "взволнованная", разросшаяся и приливно разогретая множеством резонансов мантия защитила ядро Ганимеда от охлаждения. Ещё одно из объяснений – остаточная намагниченность силикатных горных пород в мантии, что было бы возможно, будь у спутника в прошлом динамо-генерируемое поле.
Фрагмент поверхности Ганимеда шириной 24 километра. Очень хорошо видно, что молодой лед заполняет широкую трещину, образовавшуюся в результате разлома древней ледяной коры. В этом разломе толщина ледяного панциря меньше, чем старой ледяной коры, а кратеры на ее поверхности могут быть и не только ударные, но и криовулканы. А вообще, эта вставка очень похожа на зону спрединга. Фото с сайта: http://www.astrolab.ru/cgi-bin/galery.cgi?id=25&no=1056
На снимке видна область Николсона на Ганимеде. Слева внизу кратер, который был разрушен в результате тектонических процессов – разлома и раздвижения ледяной коры, в результате чего образовались эти борозды. Длинные разломы ледяной коры Ганимеда образуются во время расширения его ядра и мантии, а кратеры – когда объем тела спутника остается неизменным или даже сжимается, но вода в его океане нагревается и в наиболее горячих местах вырывается наружу, образуя криовулканы. Фосто с сайта: http://astrotema.com/topic114.html
Каллисто
Каллисто – четвёртый по удаленности от планеты спутник от Юпитера. Он был открыт в 1610 г. Галилео Галлилеем и назван в честь персонажа древнегреческой мифологии Каллисто – любовницы Зевса. Информация о Каллисто получена в результате работы космического аппарата «Галилео», в меньшей степени – от аппаратов «Пионер-10», «Пионер-11", «Вояджер-1», «Вояджер-2», «Кассини» и «Новые горизонты», которые изучали его с пролетных траекторий к другим планетам с дальнего расстояния.
Период вращения Каллисто вокруг своей оси синхронен с его орбитальным периодом, таким образом этот спутник также всегда обращён к Юпитеру лишь одной стороной (находится в приливном захвате у Юпитера). Каллисто не находится в орбитальном резонансе с Ио, Европой и Ганимедом, поэтому эксцентриситет его орбиты не зависит от этих спутников и это не приводят к приливному разогреву его недр из-за гравитационного взаимодействия с планетой.
По своим размерам Каллисто является третьим по величине спутником в Солнечной системе, а среди спутников Юпитера – вторым после Ганимеда. Диаметр Каллисто почти равен диаметру Меркурия, а вот масса составляет всего треть от массы этой планеты. Каллисто состоит из приблизительно равного количества силикатов и водяного льда, его средняя плотность около 1,83 г/см3. На поверхности Каллисто кроме водяного льда обнаружены углекислый газ, силикаты и органические вещества.
Орбита Каллисто находится на расстоянии чуть меньше 2 миллионов км (1869000–1897000 км) от Юпитера. Эксцентриситет орбиты небольшой – 74 км, орбитальная скорость 8,2 км/сек. Средний радиус 2410 км, масса 0,018 массы Земли (1 075 938 тонн), ускорение свободного падения на Каллисто 1,235 м/сек за секунду (0,126 g), минимальная температуры поверхности 80° К, средняя 134° К и максимальная 165° К. Атмосферное давление 7,5 бар. Очень разреженная атмосфера состоит из углекислого газа и кислорода, причем углекислого газа в атмосфере Каллисто больше, чем кислорода.
Длительность дня на Каллисто 16,7 земных суток. Орбита спутника характеризуется небольшим наклоном к плоскости экватора Юпитера, который подвержен периодическим изменениям из-за Солнечных и планетарных гравитационных возмущений в течение столетий. Диапазон изменений наклона оси Каллисто составляет от 0,4 до 1,6°. Своебразная «динамическая изолированность» Каллисто, по-видимому, сыграла свою роль, и спутник никогда не подвергался влиянию приливного разогрева. Значительное расстояние от Юпитера означает также, что поток заряженных частиц на поверхность Каллисто относительно низкий – примерно в 300 раз ниже, чем на Европе. Следовательно, в отличие от других Галилеевых спутников Юпитера, радиация на Каллисто не сыграла важной роли в формировании внешнего облика поверхности спутника и его атмосферы. Уровень радиации на поверхности Каллисто эквивалентен дозе в примерно 0,01 бэр в сутки.
На поверхности Каллисто много кратеров, что указывает на её значительный возраст по сравнению с другими внутренними спутниками Юпитера, поверхность менее подвержена влиянию магнитосферы Юпитера. На спутнике практически не заметно следов тектоники или активного вулканизма, и как считают планетологи, главную роль в формировании рельефа Каллисто играли ударные столкновения. Наиболее характерной чертой являются многокольцовые структуры («цирки»), а также большое количество ударных кратеров различной формы. Цепочки кратеров в отдельных случаях сливаются друг с другом с образованием единой борозды («катены») и связаны с ней откосами и гребнями. Низменности на Каллисто характеризуются более тёмным цветом, в то время как верхние части возвышенностей покрыты отложениями инея. Относительно небольшое количество маленьких кратеров по сравнению с большими, а также заметная распространенность холмов указывает на постепенное разрушение его рельефа. Возраст структур поверхности Каллисто неизвестен.
Каллисто окружена оболочкой из чрезвычайно разреженной атмосферы, состоящей из углекислого газа и молекулярного кислорода, а также относительно мощной ионосфеой. На этом спутнике имеется подповерхностный океан на глубине 100–150 км, а также небольшое ядро из тяжелых горных пород. На основании выполненных измерений с борта космического аппарата «Галилео», глубина подповерхностного слоя из жидкой воды превышает 100 км. Наличие океана в недрах делает этот спутник, так же как Европу и Ганимед, одним из возможных мест присутствия внеземной жизни в Солнечной системе. Однако по сравнению с Европой, на Каллисто условия для возникновения и поддержания жизни на основе хемосинтеза менее благоприятны.
Спектральные данные указывают на чрезвычайную неоднородность поверхности этого спутника в локальных масштабах. Небольшие яркие пятна чистого водяного льда хаотично перемешиваются с поверхностями, сложенными смесью из горных пород и льда. Для поверхности Каллисто свойственна асимметрия: ведущее полушарие темнее, чем ведомое. В этом отношении Каллисто сильно отличается от остальных галилеевых спутников, где ситуация обратная. Ведомое полушарие, судя по всему, богато углекислым газом, тогда как ведущее полушарие в большей степени богато сернистым газом. Думаю, что множество относительно молодых кратеров, по всей вероятности, способствуют обилию углекислого газа на спутнике. Вопреки мнению большинства планетологов, вулканическая активность на Каллисто проявляется, хотя и не так сильно, как на Европе и Ганимеде. Эндогенного тепла этого спутника хватает для того, чтобы поддерживать океан в жидком виде, хотя и под очень толстым слоем ледяной коры.
Под ледяной корой на Каллисто может находиться соленый океан глубиной от 100 до 200 км. Было обнаружено, что Каллисто отвечает на фоновое магнитное поле Юпитера как идеальная проводящая сфера: магнитное поле не может проникнуть в недра спутника, что предполагает наличие сплошного слоя из электропроводящей жидкости толщиной не менее 10 км. Существование океана становится более вероятным, если предположить наличие в нем небольших долей аммиака или иного антифриза в массовом соотношении не менее 5% от совокупной массы жидкости. В этом случае глубина океана может доходить даже до 250–300 км, а толщина ледяной коры окажется в 2 раза меньше, чем предполагают.
Считается, что вещество Каллисто лишь частично дифференцировано с глубиной. Плотность и момент инерции спутника говорят о наличию в его центре маленького силикатного ядра радиусом не более 600 км с предполагаемый плотностью до 3,6 г/см3. Таким образом, недра Каллисто разительно отличаются от недр Ганимеда, которые, судя по всему, с глубиной дифференцированы лучше. Но я считаю, что пока нет оснований говорить о слабой дифференциации вещества Каллисто с глубиной. По крайней мере, в его центре наверняка имеется сверхплотное первородное вещество, которое и обусловило его тяготение и его шарообразную форму.
Фактически плотность кратеров на поверхности этого спутника настолько велика, что почти каждый новый ударный кратер накладывается поверх старого или ложится так близко к соседнему, что его разрушает. Крупномасштабная морфология поверхности Каллисто относительно проста: на спутнике нет никаких крупных гор, вулканов и подобных эндогенных тектонических геоструктур. Исследователи утверждают, что ударные кратеры и многокольцовые геоструктуры вместе со связанными с ними разломами, уступами и отложениями – единственные крупные геоструктуры, различимые на его поверхности. Однако это не совсем так. По крайней мере один вулкан на Каллисто имеется, и ниже на фотографии можно его увидеть.
Светлые равнины испещрены яркими ударными кратерами. Возможно, они представляют отложения от ударных столкновений с Каллисто ледяных или частично ледяных астероидов. Яркие, сглаженные равнины встречаются на поверхности Каллисто редко и представлены в основном в районе впадин и борозд. Первоначально считалось, что они связаны с эндогенной активностью спутника, но позднее исследователи склонились к другой гипотезе, согласно которой яркие и гладкие равнины связаны с потрескавшейся и бугристой поверхностью и не имеют признаков тектонического или вулканического происхождения. Возможно все таки, что они являются результатом криовулканической активности спутника. Так как плотность кратеров в равнинных участках ниже фоновой, то они должны быть относительно молодыми геологическими образованиями.
На Каллисто имеется странная многокольцовая структура, которую иногда называются амфитеатром или цирком, называется она Вальхалла. Вальхала имеет яркий центр диаметром около 600 км, который окружен концентрическими кольцами, расходящимися от центра на расстояние до 1800 км. Вторая по величине структура в форме цирка – Асгард – имеет поперечник чуть меньше – приблизительно 1600 км.
В центре фотографии находится вершина невысокого вулкана (область Вальхала) с очень большим по площади основанием. Из жерла этого вулкана происходили и, возможно, периодически происходят извержения жидкости (скорее всего, воды), которая равномерно стекает во все стороны и, замерзая, быстро превращается в наледь. Постепенно последующие извержения становились все менее мощными – так что образовалась такая ступенчатая ледяная гора. Извержения, которые случаются в настоящее время, выбрасывают совсем небольшие по массе количества воды, но эта вода бьет фонтаном и замерзает, не успев упасть на поверхность. На поверхность она падает уже в виде снега и льда. На фотографии видны многочисленные белые напыления вокруг жерл таких гейзеров. Фото с сайта: http://galspace.spb.ru/
Предполагаемое внутреннее строение Калисто: ядро (темная пятнистая масса), океан (фиолетовая прослойка) и лед (светлый пятнистый поверхностный слой). Схема с сайта: http://www.msnbc.msn.com
Считаю, что слой льда на Калисто несколько тоньше, а слой жидкой воды раза в два толще. А под слоем воды находится силикатная мантия, а глубже – под мантией – есть тяжелое металлическое ядро из сверхплотного вещества, обладающее мощной гравитацией.
Поверхность Каллисто не похожа ни на одно тело Солнечной системы. Острые гребни вокруг кратеров и вершины невысоких острых возвышений покрыты снегом или инием. Остальная поверхность имеет ровный серый цвет. Фото с сайта: http://astroscop.narod.ru/kallisto.htm
Структура поверхности Каллисто. На этой фотографии виден большой кратер с выпуклым дном. Он явно не ударного происхождения. Рядом с ним более молодой ударный кратер с центральной горкой. Вверху чуть справа – небольшой ударный кратер без центральной горки. Отчетливо видна линейная структура в виде рытвины, непонятного происхождения. Возможно, это след от серии идущих друг за другом метеоритов, а может быть, проявление слабой тектоники. Фото с сайта: http://wiki2.norcom.ru/wiki/Каллисто
Поверхность Каллисто при большом увеличении. Разрешение снимка 87 м/пиксель. Если бы не снег на гребнях возвышений, то этот ландшафт можно было бы принять за лунный. Но похоже, что не только метеориты и астероиды поработали над поверхностью Каллисто. Вот эта вмятина – явно не метеоритного, а тектонического происхождения. Тектонические процессы на этом спутнике не столь интенсивны, как на Ганимеде, но и здесь они тоже проявляются.
Происходит испарение водяного льда с поверхности под воздействием солнечной радиации. После захода солнца водяные пары конденсируются на быстрее остывающие поверхности гребней. Возможно, пары воды в разреженную атмосферу Каллисто поступают и при извержении мощных криовулканов. Фото с сайта: http://www.allplanets.ru/
Структура поверхности Каллисто. Фото с сайта: http://ru.wikipedia.org/wiki/Каллисто
Анализ поверхности галилеевых спутников Юпитера показывает их большие различия, которые зависят от расстояния спутника от планеты "хозяина", от того, находится ли он в резонансе с другими спутниками, от размера спутника. Во многом загадочными остаются кольцевые структуры. Традиционно исследователи считали их результатом метеоритной бомбардировки. Однако все больше появляется неоспоримых фактов, что главной причиной возникновения кратеров является вулканическая деятельность. Извергаемое вещество бывает разным: на Ио – это расплавленная сера и базальтовая лава, на Европе и Ганимеде – жидкая вода, на Каллисто криовулканы тоже неплохо поработали, хотя на нем доля ударных кратеров несомненно больше, чем на Европе и Ио. Поражает огромное количество воды на галилеевых спутниках.
Малые спутники Юпитера
Малые спутники Юпитера намного меньше его Галилеевых спутников. Они, как правило, представляют собой тела неправильной формы. Среди них есть обращающиеся в противоположную обращению Юпитера сторону.
Из числа малых спутников Юпитера большой интерес представляет Амальтея. Это третий по удаленности спутник Юпитера. Амальтея – тело неправильной формы – имеет размеры 135х85х75 км, причем его большая ось, как и у других близких спутников, постоянно направлена на центр Юпитера. Окраска Амальтеи – оранжевая, альбедо около 0,05. Подробных снимков Амальтеи пока нет. На ее поверхности видно какое-то белое образование. В одной из работ, посвященных происхождению галилеевых спутников, указывается, что в отдаленном прошлом диаметр Ио, вероятно, был намного больше нынешнего, так как спутник постоянно теряет массу в извержениях. Более того, высказывается также предположение, что существовал еще один гигантский спутник, процесс разрушения и потеря массы которого происходили особенно быстро. То немногое, что осталось от него, – это нынешняя Амальтея. Предполагается, что внутри неё существует система пустот, возникших в результате имевшей место в далёком прошлом катастрофы, когда якобы из-за метеоритной бомбардировки Амальтея распалась на части, которые затем вновь соединились под действием взаимной гравитации, но так и не стали единым монолитным телом. Думаю, что гипотеза о распаде при ударе и последующем возрождении Амальтеи весьма сомнительна, так как распавшись на части, это тело в мощном гравитационном поле Юпитера вряд ли могло возродиться силами притяжения друг к другу небольших осколков.
Метида (Метис) и Адрастея – ближайшие к Юпитеру спутники с диаметрами примерно 40 и 20 км соответственно. Они движутся по орбите на краю главного кольца Юпитера. Радиус их орбит примерно 128 тыс. км. Эти спутники, делая оборот вокруг планеты гиганта за 7 часов, являются самыми быстрыми спутниками Юпитера.
Еще один небольшой спутник – Теба (Тебис), размерами около 50 км, движется по орбите, лежащей между орбитами Ио и Амальтеи.
Общий диаметр всей системы спутников Юпитера составляет 24 млн. км. Более того, предполагается, что в прошлом спутников у Юпитера было ещё больше, но некоторые из них уже упали на Юпитер под воздействием его мощной гравитации.
Некоторые кометы из пояса Койпера являются временными спутниками Юпитера. Так, в частности, комета Кусиды-Мурамацу в период с 1949 по 1961 гг. была спутником Юпитера. Совершив за это время вокруг планеты два оборота, она затем удалилась от него. Кроме данного объекта известно ещё, как минимум, 4 временных спутника у Юпитера.
Вторая группа спутников находится значительно дальше от Юпитера, чем галилеевы спутники, на расстоянии около 12 млн. км. Период их обращения близок к 250 земным суткам. В эту группу входят 5 спутников. Все они очень малы и, кроме особенностей движения и названий, о них мало что известно.
Наконец, есть третья группа – из четырех спутников, отличающихся обратным направлением движения. Их расстояние от Юпитера еще дальше – около 23 млн. км, а период обращения около двух земных лет. Спутники Юпитера Карме, Синопе, Ананке, Пасифе обращаются вокруг планеты в обратном направлении (ретроградное движение). Эти спутники были захвачены Юпитером позже остальных. Обратным движением обладает также спутник Нептуна Тритон. Наличие в Солнечной системе у планет спутников с ретроградным движением заставляет усомниться в верности гипотезы о формировании всех тел Солнечной системы из единого газово-пылевого облака в процессе его сжатия.
В следующей таблице приведен список всех известных на сегодняшний день спутников Юпитера с некоторыми характеризующими их параметрами:
Название или обозначение
Радиус орбиты, тыс.км Орбитальн. период, сут Эксцентриситет орбиты Наклон. орбиты к экватору планеты, град. Радиус спутника, км Год открытия Метис
127,96
0,295
(0)
(0)
20
1979
Адрастея
128,98
0,298
(0)
(0)
12х10х8
1979
Амальтея
181,3
0,498
0,003
0,45 135х85х75
1892
Теба
221,4
0,675
0,013
(0,9)
55х45
1979
Ио
421,6
1,769
0,004
0,04
1815
1610
Европа
670,9
3,551
0,009
0,47
1569
1610
Ганимед
1070
7,155
0,002
0,21
2631
1610
Каллисто
1880
16,689
0,007
0,51
2400
1610
Леда
11094
238,7
0,148
26,1
(5)
1974
Гималия
11480
250,6
0,158
27,6
(90)
1904
Лиситея
11720
259,2
0,107
29
(10)
1938
Элара
11737
259,7
0,207
24,8
(40)
1904
Ананке
21200
631
0,17
147
(10)
1951
Карме
22600
692
0,21
164
(15)
1938
Пасифае
23500
735
0,38
145
(20)
1908
Синопе
23700
758
0,28
153
(15)
1914
Малый спутник Юпитера Метис. Орбита его неустойчива, этот спутник постепенно приближается к Юпитеру и в конце концов войдет в его атмосферу и сгорит. Фото с сайта: http://www.liveinternet.ru/photo/allis/post5414295/
Малые спутники Юпитера, скорее всего, – это глыбы льда и обломки силикатных пород. Фото с сайта: http://www.asvcorp.ru/
Спутник Юпитера Амальтея. Фото с сайта: http://planetoved.ru
Амальтея – самый крупный в системе Юпитера спутник после галилеевых спутников. Поверхность ее состоит из тугоплавких пород темнокрасного цвета и водяного льда (пятна белого цвета). Cнимки Амальтеи показали значительное количество кратеров и ярких пятен на ее поверхности. Размер Амальтеи 135х85х75 км; расстояние от нее до планеты 181300 км; период обращения вокруг Юпитера 0,498 земных суток (около 12 часов).
Амальтея была открыта Эдуардом Барнардом 9 сентября 1892 г. Она стала последним спутником, открытым с помощью непосредственного наблюдения (а не методом фотографии), и первым спутником Юпитера, обнаруженным после открытия галилеевых спутников в 1610 г. До1975 г. этот спутник не имел имени и числился в каталогах просто как «пятый спутник Юпитера».
Амальтея названа по имени персонажа древнегреческой мифологии – козы (в более поздних вариантах мифа – нимфы), вскормившей молоком младенца – Зевса (в римском пантеоне – Юпитера), скрывавшегося от гнева своего отца Кроноса (в доме Сатурна).
Спутник Юпитера Пасифе. Фото с сайта: http://universe-planets.narod.ru/yupiter/sputnik-pasife/
Пасифе – малый спутник Юпитера. Был открыт 27 января 1908 г. британским астрономом Филибертом Жаком Мелоттом в Гринвичской обсерватории. Диаметр Пацифе 40 км; расстояние до планеты 23 500 000 км; период обращения вокруг Юпитера – 735 земных суток.
Своё название этот спутник получил в 1975 г. по имени жены критского царя Миноса, матери Минотавра.
Орбита Пасифе имеет очень большой эксцентриситет, а также сильно наклонена к плоскостям эклиптики и плоскости вращения Юпитера. Спутник обращается в противоположном направлении вращению самого Юпитера. По своим размерам этот спутник является крупнейшим спутником с обратным направлением движения по орбите, и одним из крупнейших нерегулярных спутников.
По форме и по размерам – это типичный астероид из пояса Койпера. Когда-то это космическое тело путешествовало в межзвездном галактическом пространстве, затем попало в облако Оорта и долго вращалось вокруг Солнца в этом облаке. При этом его орбита изменялась, и Пасифе в конце концов оказалась в поясе Койпера. И только из этого пояса она постепенно была вовлечена в гравитационную систему Юпитера. И до сих пор ей удается вырываться из гравитационных объятий Юпитера и на время возвращаться в пояс Койпера.
Спутник Юпитера Лиситея. Фото с сайта: (http://universe-planets.narod.ru/yupiter/sputnik-pasife/)
Лиситея – малый спутник Юпитера, известный также как Юпитер X. Диаметр: 20 км; расстояние до планеты 11 720 000 км; период обращения 260 земных суток.
Обнаружена Лиситея 6 июля 1938 г. в обсерватории Маунт-Вильсон американским астрономом Сетом Барнс Николсоном. В 1975 г. этот спутник получил официальное название в честь персонажа древнегреческой мифологии.
Вероятно, судьба этого спутника похожа на судьбу Пасифе. Прежде чем попасть в облако Оорта, такие неправильной формы космические тела очень долго находятся в межзвездном галактическом пространстве, в которое попадают или в результате столкновения блуждающих планет шарообразной формы, или в результате взрывов звезд. Но сверхплотного вещества внутри этих тел нет. Они длительное время были частью коры шарообразного космического тела или формировались как часть его мантии за счет гравитации сверхплотного вещества в центре шарообразного космического тела. При столкновении планетообразного тела с другим кусок его мантии был выбит на самостоятельную орбиту и стал Лиситеей, которую в конце концов приобрел в свою семью Юпитер.
Спутник Юпитера Леда. Фото с сайта: (http://universe-planets.narod.ru/yupiter/sputnik-pasife/)
Леда – малый спутник Юпитера, также известный как Юпитер XIII. Это также нерегулярный спутник. Диаметр ее 10 км; радиус орбиты 11 094 000 км; орбитальный период 238,7 суток.
Этот спутник был обнаружен Чарльзом Ковалем 14 сентября 1974 г. на фотографических пластинках, полученных с помощью телескопа. Официальной датой открытия считается 11 сентября 1974 г. Спутник был назван в честь Леды – еще одной возлюбленной любвеобильного Зевса.
В настоящее время известны и другие нерегулярные спутники Юпитера: Синопе, Элара, Фемисто, Гималия. По всей вероятности, этот список будет возрастать по мере наблюдений в мощные телескопы и продолжения полетов космических аппаратов в систему Юпитера.
Благодарю NASA за прекрасные фотографии Юпитера и его спутников, а также порталы "Википедия" и "Космос" за ценную информацию. Без нее я не смог бы написать эту работу. Более краткий вариант этой странички был написан мною прежде в виде отдельного очерка ("Путешествие на галилеевы спутники Юпитера").
При написании данной странички была также использована информация с сайтов:
1. Википедия. Адрес доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/
2. Сайт: http://universe-planets.narod.ru/yupiter/sputnik-pasife/
3. Сайт: "Космос". Адрес доступа: http://kosmos-x.net.ru/index/jupiter/0-64
4. http://universe-planets.narod.ru/yupiter/Sputnik_-_amalteya/
5. http://astronaut.ru/bookcase/books/klv/text/02.htm
