Массы и средние плотности галилеевых спутников приведены в таблице. Средние плотности монотонно уменьшаются от Ио к Каллисто, что указывает на увеличение доли льда.
Ганимед — самый большой спутник в системе Юпитера и вообще в Солнечной системе. По своему диаметру (5260 км) он даже превосходит Меркурий. Средняя плотность Ганимеда низка, всего 1,93 г/см3. Одно его полушарие — «морское», другое — «материковое», если эти характеристики годятся для ледяных тел. Внешне Ганимед напоминает Луну, но значительно больше нее. Темная древняя поверхность коричневого цвета на самом деле в 4 — 5 раз светлее темных районов Луны. На ней ярко выделяются светлые молодые ударные кратеры, имеющие отражающую способность (альбедо) до 100%. Они, как правило, окружены столь же светлым ореолом лучей из выброшенного и обнаженного материала.
Изображение противоюпитерианского полушария Ганимеда, сделанное КА «Галилео». Светлые поверхности, следы недавних ударных столкновений, изборождённая поверхность и белая северная полярная шапка (в верхнем правом углу изображения) богаты водяным льдом.
Две наиболее крупные темные области на поверхности Ганимеда получили имена Галилей и Симон Мариус. (Последний независимо от Галилея открыл четыре крупнейших спутника Юпитера, практически одновременно с Галилеем.)
Возраст поверхности Ганимеда оказался очень большим. Остановимся немного подробнее на методе оценки возраста по количеству метеоритных кратеров на единице поверхности небесного тела. В эпоху формирования планет и спутников процесс метеоритной бомбардировки шел наиболее интенсивно. Пик ее приходится на время 3,9 млрд. лет назад, после чего она быстро пошла на убыль. Количество метеоритных кратеров, которые сохранились до наших дней, зависит от многих факторов, прежде всего от скорости их разрушения. Так, на Земле они сохраняются сравнительно недолго, а на Меркурии, например, имеются кратеры, восходящие к периоду его образования. Удобный объект для таких оценок— Луна, где имеются обширные равнины лавового характера с известным ныне временем образования. Кратеры на них дают сведения и о том, как изменялась плотность метеоритной бомбардировки со временем.
Физические особенности поверхности Ганимеда. Рис 4. В 1997 году с помощью "Галилео" была сфотографирована очередь из 13 плотно прижатых друг к другу кратеров. Снимок охватывал район шириной около 200 км. Надо сказать, что в ходе исследований подобная цепочка встречается не в первый раз. Такие образования считались загадочными до тех пор пока комета Шумейкер Леви 9 не преподнесла урок. Многие видели как она врезавшись в Юпитер создала цепь последовательных взрывов.
В настоящее время большие кратеры образуются очень редко. Применительно к галилеевым спутникам Ганимеду и Каллисто есть к тому же простой способ отличить молодой кратер от старого: недавно образовавшиеся имеют в основном светлые дно и лучи вокруг кратера, обнажающие чистую ледяную поверхность. Для определения возраста необходимо знать также, каковы характеристики тел, образующих метеориты, и их количество в данном районе Солнечной системы.
Основным источником метеоритных соударений являются астероиды и кометы (или их обломки). В результате очень редких столкновений астероидов образуется некоторое количество обломков разных размеров. Мелкие, естественно, встречаются чаще; их называют метеороидамп. Микрометеороиды легко регистрируются на космических аппаратах. Предполагается, что по их количеству можно судить и о существовании более крупных метеороидов.
Кажется очевидным, что их концентрация должна быть высокой в поясе астероидов и уменьшаться по мере удаления от него в обе стороны. Чтобы оценить реальное распределение метеороидов в пространстве и создаваемую ими опасность для космических средств, на одном из первых дальних космических аппаратов, «Пионер - Сатурне», имелся датчик, который регистрировал удары микрометеороидов. Сведения о числе таких соударений аппарат транслировал на Землю.
Каллисто (внизу и слева), Юпитер (наверху и справа) и Европа (ниже и левее Большого Красного Пятна). Фото было сделано с борта КА «Кассини»
На первой ветви трассы от Земли до Юпитера все шло, как и ожидалось: по мере приближения к поясу астероидов частота соударений возросла в 5 — 6 раз. Удивительно, однако, что частота соударений продолжала увеличиваться и после прохождения пояса астероидов, вплоть до самого Юпитера. Здесь аппарат круто повернул и стал подниматься над плоскостью эклиптики. Частота соударений продолжала расти. Дальнейшее движение к Сатурну сопровождалось неуклонным ростом частоты соударений, вплоть до самой планеты, где она оказалась в 30 раз выше, чем вблизи Земли.
Как понять эти странные результаты? Во-первых, можно предположить, что второй пояс астероидов действительно существует и микрометеороиды приходят оттуда. Во-вторых, что орбиты микроскопических небесных тел образуют что-то вроде «клубка» орбит комет, а афелий их почему-то находится за орбитой Сатурна. Наконец, хорошо бы иметь подробный ряд независимых измерений, чтобы подтвердить постоянство зависимости, полученной космическим аппаратом «Пионер-Сатурн».
Здесь же для нас существенно другое: что интенсивность метеоритной бомбардировки в разных частях Солнечной системы могла подчиняться различным закономерностям и что оценка возраста поверхности небесных тел по количеству ударных кратеров дает не совсем однозначные результаты. С другой стороны, насыщенный кратерный рельеф, как материки Луны или поверхность Каллисто, никак не мог образоваться в сравнительно недавние времена.
Исходя из количества метеоритных кратеров, возраст наиболее старых участков поверхности Ганимеда оценивается в 3—3,5 млрд. лет. Очень большие размеры и сравнительно невысокая средняя плотность, лишь вдвое большая плотности воды, указывают на значительную толщину ледяной коры этого небесного тела. Согласно расчетам, на водяной лед приходится около 50% его массы. На снимках Ганимеда, выполненных с высоким разрешением, хорошо видны странные изломанные, ни на что не похожие ряды многочисленных субпараллельных долин и хребтов, образующих причудливую структуру на поверхности спутника (снимок внизу на последней странице обложки). Их природа остается пока загадочной.
Слева - Ганимед, справа - Каллисто
Эти образования концентрируются главным образом в светлых областях. Ширина их от нескольких километров до десятков километров, а высота хребтов (или глубина долин) составляет всего несколько сотен метров; они простираются на многие тысячи километров, пересекаясь и изменяя иногда направление в точках пересечений и даже пересекая ударные кратеры. В районах этих полос меньше ударных кратеров, что указывает на более молодой их возраст. Высказано предположение, что полосы возникли под действием растяжений ледяной коры Ганимеда, что можно понять как ее локальную тектонику. Более того, подробный анализ указывает на древние явления, напоминающие глобальную тектонику плит на Земле, например, вращение больших блоков поверхности.
Наряду со светлыми системами лучей у некоторых кратеров на Ганимеде имеются темные лучи. Возможно, они образовались из темного материала поверхности. В темных же районах в южном полушарии обнаружены необычные кратеры-фантомы, которые выделяются только оттенком, но не имеют выраженного рельефа. Наряду с ними имеется относительно «свежий» метеоритный кратер диаметром 175 км, окруженный сильно разрушенным рельефом. Последний образовался, по-видимому, уже при разрушении застывшей на большую глубину коры.
Оттенки поверхности Ганимеда и следующего спутника — Каллисто — связаны с цветом выпадавших на их поверхность ледяных и силикатных обломков в эпоху последних стадий образования планет и спутников. Природа же гигантских «морей» на поверхности Ганимеда может иметь и другое происхождение. Исследование поверхности этих тел позволяет сделать еще одно удивительное заключение: по-видимому, на ранних стадиях своей эволюции планеты-гиганты излучали в космос огромные потоки энергии. Спутники Юпитера, расположенные несравненно ближе к центральной планете, чем к Солнцу, на единицу площади получали больше энергии, чем Меркурий от Солнца. Следы этих событий и сейчас можно увидеть на поверхности Ганимеда.
Физическое состояние поверхности Каллисто
Расчеты подтверждают такую возможность. До 10% полной солнечной радиации — такова мощность, которую Юпитер мог излучать в космос на ранней стадии своей эволюции. В лучах Юпитера плавились льды на поверхности спутников, частично включая Ганимед. Вместе с тем излучавшиеся Юпитером потоки тепла были недостаточны, чтобы вызвать плавление поверхности Каллисто, удаленного от планеты почти на 2 млн. км. Его поверхность представляет собой насыщенный метеоритными кратерами рельеф, сохранившийся со времени образования этих спутников, с возрастом около 3,5 млрд. лет.
На ней запечатлелись следы колоссального столкновения с относительно большим телом: трещины вокруг одного из метеоритных кратеров образуют более десяти концентрических колец диаметром до 2600 км. Образование получило название Валгалла. Его масштабы напоминают гигантский бассейн Моря Зноя на Меркурии. Два мира — мир глубокого холода Каллисто и раскаленный Меркурий — роднят одинаковые по происхождению и сходные по масштабам и очертаниям кольцевые структуры на Каллисто и валы Моря Зноя на Меркурии. Интересно, что центральный кратер Валгаллы невелик и выражен очень слабо.
По своим размерам Каллисто (4800 км) очень немного уступает Ганимеду; средняя его плотность 1,83 г/см3. Водяной лед составляет 60% массы спутника. Ледяная кора Каллисто имеет очень большую толщину.
Сильно кратерированное противоюпитерианское полушарие Каллисто. Фото сделал в 2001 году КА НАСА «Галилео». Большая ударная структура Асгард виднеется в верхнем правом углу изображения, кратер с радиальными лучами ниже и правее центра называется Брен
На Каллисто полностью отсутствуют протяженные равнины, покрытые продуктами извержений (как «морские» области Ганимеда или Луны). Кратеры Каллисто отличаются от кратеров тел силикатной природы (как наша Луна) небольшой глубиной и слабо выраженными валами. Предполагается, что пластичность ледяной коры за очень большое время сглаживает рельеф ударных кратеров. Температура поверхности Каллисто, (на экваторе в полдень) достигает 140—150 К и быстро падает после захода Солнца. Любопытный факт установлен в радиоастрономических наблюдениях галилеевых спутников: радиояркостная (определенная с помощью радиосредств) температура составила 180 К для Каллисто и 165 К для Ганимеда. Причина расхождений с вполне надежными инфракрасными определениями, приведенными раньше, остается неизвестной.
Поверхность Каллисто обладает самой высокой в Солнечной системе плотностью ударных кратеров. Она представляет собой большое ледяное поле, испещренное трещинами и кратерами за миллионы лет столкновений с межпланетными телами. С помощью "Галилео" были получены снимки поверхности спутника с высоким разрешением, на которых различины детали размером около 3 м и области со странным ландшафтом, покрытые яркими заостренными холмами высотой до 100 м. Одна из гипотез объясняет их возникновение выбросами, произошедщими миллиарды лет назад, в момент катастрофического столкновения.
Дополнение к выше сказанному
Ганимед. Крупнейший спутник планеты в Солнечной системе. Он вращается на расстоянии 1,07 млн километров от Юпитера. 40% поверхности Ганимеда представляют собой древнюю мощную ледяную кору, покрытую многочисленными метеоритными кратерами. Эта кора была частично разломана и обновлена активными геологическими процессами примерно 3,5 млрд лет назад. Те же процессы породили странные области, покрытые бороздами; они занимают остальные 60% площади Ганимеда.
С точки зрения космического геолога Ганимед - Самое привлекательное тело среди спутников Юпитера. Он имеет смешанный силикатно-ледяной состав: мантию из водяного льда и каменное ядро. Понятие "водяной лед" применительно к Ганимеду и другим спутникам Юпитера имеет непривычное для нас значение. В условиях низких температур и высоких внутренних давлениях водяной лед может существовать в нескольких модификациях с различными типами кристаллической решетки. Богатая геология Ганимеда во многом определяется сложными переходами между этими разновидностями льда. Поверхность спутника припорошена слоем рыхлой каменно-ледяной пыли толщиной от нескольких метров до нескольких десятков метров.
Но недавно появилась новая гипотеза, согласно которой предполагается, что под слоем льда может существовать вода и в жидком состоянии. Согласно недавно выдвинутой гипотезе ниличие океанов может объяснить необычно сильное магнитное поле этого спутника.
Каллисто. Это второй по величине спутник в системе Юпитера. Среди галилеевых это самый дальний спутник: расстояние от Юпитера 1,88 млн километров, период орбитального вращения 16,7 суток. Если представить Юпитер 10-сантиметровым шаром, то Каллисто будет 3-миллиметровой булавочной головкой на расстоянии 130 см от него. Плотность силикатно-ледяной Каллисто низка. В отличие от Ганимеда вся древняя ледяная поверхность Каллисто предельно насыщена метеоритными кратерами. А ее темный цвет - результат силикатных и других примесей.
Вероятно, Каллисто - самое кратерированное тело Солнечной системы. Космическим геологам там не скучнее, чем на Ганимеде. Огромной силы удар метеорита вызвал образование гигантской структуры, окруженной кольцевыми волнами. В центре ее находится кратер диаметром 350 км.
По материалам сайта: galspace.spb.ru
