Трещины вблизи южного полюса Европы открываются только в апоцентре ее орбиты.

Владислава Ананьева

Европа – второй по удаленности галилеев спутник Юпитера. Ее масса составляет 4.8 10²² кг (65.3% массы Луны), радиус близок к 1565 км (90% лунного радиуса), что приводит к средней плотности около 3 г/куб.см. Европа вращается вокруг Юпитера по близкой к круговой орбите на среднем расстоянии 671 тыс.км и делает один оборот за 3.55 земных суток.

Средняя плотность Европы говорит о том, что большая ее часть сложена каменными породами, однако поверхность спутника покрыта водяным льдом. Судя по малому количеству ударных кратеров, возраст поверхности не превышает 50 млн. лет. Снимки автоматических межпланетных станций, пролетавших мимо Европы («Вояджеров-1,2» и «Галилео»), показывают ледяную поверхность, исчерченную многочисленными трещинами и разломами.

Атомарные водород и кислород возникают в результате разрушения молекул водяного пара энергичными электронами радиационных поясов Юпитера, в которые погружена Европа. Моделирование излучения Европы в линиях атомарных водорода и кислорода (с учетом наличия постоянной кислородной атмосферы) показало, что данные наблюдений лучше всего объясняются наличием двух облаков водяного пара высотой 200 км и шириной 250 км с интегральной плотностью 10²⁰ молекул H₂O на квадратный метр. Выбросы пара происходили из трещин вблизи южного полюса Европы, причем начальная скорость выбросов достигает ~700 м/сек, что говорит о его температуре выше 230К (т.е. выше -43°С).

Выбросы пара происходили в тот момент, когда Европа проходила апоцентр своей орбиты. В этой точке приливные силы со стороны Юпитера приводят к максимальному раскрытию трещин в районе южного полюса. Интересно, что мощность гейзеров Энцелада также достигает максимума во время прохождения им апоцентра своей орбиты. Однако поток водяного пара из трещин на поверхности Европы достигал 5 тонн в секунду, что примерно в 25 раз превышает мощность потока гейзеров Энцелада (~200 кг/сек).               

( по материалам http://stp.cosmos.ru )

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

Европа была открыта Галилео Галилеем и Симоном Мариусом (Симон Мариус чуть позже, и это он предложил название галилеевым спутникам) в 1610 году. Согласно греческой мифологии, Европа - финикийская принцесса, похищенная Зевсом, который принял облик белого быка, и ставшая его возлюбленной.

Приливная энергия, рассеиваемая в недрах следующего спутника, Европы, значительно меньше. Первые сообщения после сближения с Юпитером космических аппаратов не указывали на какие-либо признаки извержений. Но в дальнейшем были опубликованы сведения о наблюдавшемся султане над лимбом спутника, имеющем в своем составе пары воды, аммиак и «попутные продукты». Тем не менее газовые извержения, столь типичные для Ио, на Европе, по-видимому, очень редки. 

То, что предстает на снимках Европы, — это сплошная ледяная оболочка спутника. Вид ее необычен. 100 лет назад была высказана нашумевшая идея о каналах на Марсе. Эти линии оказались всего лишь обманом зрения в условиях плохо различимых деталей на другой планете. Но вот на поверхности оранжево-коричневой Европы обнаружена вполне реальная густая сеть искривленных пересекающихся линий. Вид поверхности Европы напоминает снимки Северного ледовитого океана, сделанные с орбиты искусственного спутника Земли. Ученые вначале осторожно отнеслись к напрашивающейся аналогии. Но спектральные измерения не оставляли места для сомнений: природа поверхности — водяной лед и снег. 

Крупномасштабные снимки принесли немало загадок. На одном из участков поверхности Европы видно много витков правильной циклоиды с шагом в несколько километров. Происхождение ее остается непонятным.

СЕТЬ ТРЕЩИН НА ЕВРОПЕ

Размеры и средняя плотность небесного тела позволяют сделать предварительные выводы о доле льда в общей массе спутника. При диаметре 3138 км и средней плотности 3,04 г/см3 Европа должна быть обогащена водой по сравнению с Ио и Луной. Поэтому первые выводы говорили о толщине ледяной оболочки 100 км. Дальнейшие оценки, однако, привели к более скромным цифрам. В недрах Европы также выделяется энергия приливных взаимодействий, которая как минимум поддерживает в жидком виде толстую мантию, а попросту говоря, глубочайший подледный океан. Благодаря небольшой, но заметной эксцентричности орбиты и гравитационному взаимодействию с другими спутниками рассеиваемая энергия довольно велика, поэтому океан может быть теплым. Глубина океана составляет несколько десятков километров, а ледяной панцирь должен иметь толщину всего несколько километров. Эта оболочка хрупка и под действием перемещающегося приливного выступа иногда лопается, образуя доступ жидкой воды к безатмосферной поверхности спутника. 

СРАВНЕНИЕ РАЗМЕРОВ ЗЕМЛИ, ЛУНЫ И ЕВРОПЫ

По-видимому, глобальная сеть линий — это трещины в толстой ледяной коре, вызываемые тектоническими процессами. Эти разломы не сопровождаются какими-либо движениями коры, а сами трещины заполняются быстро затвердевающим оранжевым раствором. Ширина разломов от десятков километров до 100 км, а их протяженность достигает 3000 км и более. Изливающаяся вода мгновенно закипает и одновременно замерзает, а испарившаяся часть выпадает на поверхность в виде снега и инея в радиусе нескольких сотен километров от источника. Само кипение уносит очень много тепла; в условиях Европы слой льда в полметра образуется за несколько минут. Такая схема подтверждается высокой яркостью поверхности (обнаженный свежий иней и лед) и, как уже говорилось, спектральными измерениями, указывающими на водяной лед почти без примесей. 

Как и в случае Ио, фундаментальным оказывается вопрос о возрасте поверхности. На снимках практически отсутствуют метеоритные кратеры, эти «засечки» возраста. Добавим, что Европа — очень гладкий спутник (иногда говорят, «как бильярдный шар»). Наибольшие перепады высот не превышают 50 м. Все это можно понимать по-разному: либо как очень молодой рельеф, либо как существование какого-то механизма сглаживания рельефа. В пользу второго говорит высокая температура (жидкий океан воды) и способность льда в таких условиях к пластическим перемещениям (ледники). 

АНИМАЦИЯ, ПОКАЗЫВАЮЩАЯ ОРБИТАЛЬНЫЙ РЕЗОНАНС ИО С ЕВРОПОЙ И ГАНИМЕДОМ

Чтобы получить более однозначный ответ, была сделана попытка определить, насколько загрязнена снежная поверхность Европы серой. Как уже говорилось, сера выбрасывается с Ио, встраивается в виде ионов в магнитосферу Юпитера и постоянно бомбардирует поверхность Европы. Плотность этого потока известна, поэтому содержание серы дает оценку возраста. Измерения, выполненные с борта искусственного спутника Земли, дали следующие результаты: серы намного меньше, чем ожидалось, а средняя скорость выпадения осадков на поверхность за счет извержения воды составляет не менее 10 см за 1 млн. лет. Отсюда сразу же следует вывод, что через трещины, не считая испарения льда с поверхности спутника, выбрасывается не менее 100 кг воды в секунду (конечно, для спутника в целом). 

Дно подледного океана должно быть сложено из силикатных пород, составляющих основную часть массы спутника. Если в силикатной подводной коре Европы имеются места повышенного тепловыделения (подводные вулканы), в результате термохимического синтеза могут возникать сложные химические соединения. Правда, существование таких очагов сомнительно, так как масса Европы уступает массе спокойной в вулканическом отношении Луны. Но ведь и вулканизм Ио был сюрпризом.

СЕТЬ КРУГОВЫХ ТРЕЩИН НА ЕВРОПЕ

Интерес к подледному океану Европы был стимулирован предположением о возможном существовании в нем жизни, пусть в самых простейших формах. По своему объему океан Европы должен быть близок к земному, если его глубина составляет 50—60 км. При ускорении свободного падения на поверхности 1,32 м/с2 давление на его дне такое же, как на 4-километровой глубине земного океана. Известно, что жизнь на Земле появилась именно в океанах, но для океанов Европы имеется труднопреодолимое ограничение: отсутствие источников энергии, каким на Земле является солнечный свет. Жизнь и фотосинтез неразделимы. Правда, есть одно исключение: соединения серы, образующиеся при весьма высоких температурах подводных извержений» используются некоторыми микроорганизмами в хемосинтезе (химическом синтезе под воздействием тепла). 

Есть и другие, столь же гипотетические идеи; например, поглощение света микроорганизмами в короткий период существования новых трещин в ледяном панцире планеты. Читатель, вероятно, сможет предложить еще какую-нибудь идею. Cуществование ледяной оболочки Европы доказано и сомнений не вызывает. Что же касается океана и связанных с ним предположений, то пока это только умозрительные гипотезы. 

Изображения, полученные космическим аппаратом "Галилей" в августе 1999 года, показывают области Тера и Трейс (на снимке они ржавого цвета), каждая около 80 км шириной. Искривленные края вызывают у ученых предположение, что это район геологической активности. Участки поверхности распадались на части, а затем соединялись в новом положении. Геологические данные и наличие магнитного поля приводят ученых к выводу, что на Европе может существовать подземный океан. Части рельефа, показанные красно-коричневым цветом, не содержит льда и являются следствием геологической активности. Светло-голубые участки изображения соответствуют участкам рельефа, покрытым тонко-зернистым льдом, темно-голубые - грубо-зернистым. Длинные темные линии - гребни и трещины в поверхности, некоторые из них достигают размера до 3000 км. Возможно, существует приливный цикл, связанный с Юпитером, при котором Европа разогревается, а затем охлаждается.

Исследования Galileo

Спутник Юпитера Европа (диаметром 3140 км) является одним из самых интересных тел в Солнечной системе и из 35 витков "Галилео" вокруг Юпитера 11 были спроектированы с целью изучения этого спутника. Работа станции планировалась до 1997 г., однако миссия "Галилео" была продлена, причем полтора года в 1997-1999 гг. отводились почти исключительно на изучение Европы. Было сделано множество снимков спутника, в т.ч. с разрешением в несколько метров. 

Данные "Галилео" подтвердили гипотезу о том, что под ледяным панцирем Европы может скрываться океан жидкой воды, превышающий по объему все океаны Земли. При этом температура поверхности составляет около минус 160 градусов Цельсия. Существование жидкого океана, вероятно, может быть следствием разогрева в результате действия приливных сил, порождаемых тяготением Юпитера и соседних спутников. 

ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ ЕВРОПЫ

На некоторых снимках видны куски льдин, вмерзших в более молодой лед. Причем льдины ранее образовывали единую структуру, но затем разъезжались и поворачивались. Это может говорить о том, что куски льда двигались над жидким (или по крайней мере вязким) основанием. Многие участки коры Европы как бы сложены из блоков, разделенных разломами в виде борозд. Блоки, по-видимому, могут перемещаться: на этом снимке видно, что cтруктура в центре кадра образовалась в результате движения двух поверхностных плит и дальнейшем заполнением трещины веществом из недр планеты. Это свидетельство того, что Европа могла иметь подповерхностный океан по крайне мере в недавнем (по геологическим меркам) прошлом. Обнаружены темные пятна и выпуклые образования, которые могли сформироваться в результате процессов, аналогичным лавовым излияниям (под действием внутренних сил теплый, расплавленный лед двигается от нижней части поверхностной корки вверх, а холодный лед оседает, погружаясь вниз; это еще одно из доказательств присутствия жидкого, теплого океана под поверхностью). Темные пятна могут указывать на химический состав внутреннего океана и, возможно, прояснить в будущем вопрос о существовании жизни в нем. На снимке видно, что окружающая поверхность прогнулась и треснула вокруг выпуклой "рукавицы". Обнаружен также кратер (названный Pwyll), центральная горка которого заметно выше его краев, что может свидетельствовать о выходе мягкого льда или воды через отверстие, пробитое метеоритом. На поверхности имеются также загадочные темные пятна. Возможно, они образовались в результате полного расплавления поверхностного слоя теплыми приливами внутреннего океана. 

СВЕРХУ - ОБЛАСТИ ТЕРА И ТРЕЙС

Поверхность Европы испещрена множеством линий разной толщины и длиной до 1600 километров. Некоторые снимки поверхности Европы напоминают вид Северного полюса Земли из космоса (а эта зона, как известно, расположена над океаном). Европа похожа на разбитое стекло, склеенное льдом, выделяющимся изнутри. Вероятно, борозды представляют собой разломы, образующиеся под действием приливных сил, когда океанские приливы выгибают ледяную корку. Этот процесс может быть медленным и постепенным, но не исключено, что трещины образуются внезапно. Еще одним свидетельством наличия жидкой (либо мягкой) внутренней субстанции является отсутствие больших перепадов рельефа. 

О наличии жидкого океана говорит также структура магнитного поля Европы. Во время полёта на расстоянии 351 км над поверхностью, магнитометр "Галилео" измерял изменения в магнитном поле спутника. Направление его изменяется таким образом, что можно утверждать о существовании электрического проводника под видимой поверхностью, например соленого океана. Электрический ток не смог бы течь через сплошной лед, так как он не является хорошим проводником. 

Гравитационные измерения, проведенные аппаратурой станции "Галилео", также подтвердили дифференциацию тела Европы: твердое ядро и водно-ледяной покров толщиной около 100 км. 

Природа темных пятен на поверхности Европы и темного вещества во многих бороздах пока не ясна. По-видимому, такой цвет и спектр дают сульфат магния и/или иные соединения, содержащие серу. Источником этих веществ могут быть либо вулканы на Ио, либо недра Европы, а также метеориты. Возможно, это соли, растворенные в европианском океане. 

Хотя имеется множество данных, говорящих о высокой геологической активности Европы и динамичных изменениях ее поверхности, прямых свидетельств этому нет. Не обнаружено ни одного действующего вулкана или гейзера, не зарегистрировано каких-либо изменений, прошедших между полетами "Вояджера" и "Галилео". В то же время, судя по количеству кратеров и другим признакам, возраст поверхности Европы измеряется максимум в десятках миллионов лет, что немного по геологическим меркам. И если подледный океан существовал несколько десятков миллионов лет назад, он, скорее всего, существует и сейчас. 

Ученые не исключают существование жизни на Европе, особенно если на ней имеются подводные вулканы. На Земле развитые биологические системы найдены как около подводных горячих источников, так и в подледном антарктическом озере Восток.

Дополнение к выше сказанному

Геологическая история Европы не имеет ничего общего с историей соседних спутников. Это одно из самых гладких твердых тел в Солнечной системе. На Европе нет возвышенностей более 100 м высотой. Вся ее молодая  Сеть трещин Европы ледяная поверхность покрыта сетью светлых и темных узких полос огромной протяженности. Темные следы длинной в тысячи километров - это следы глобальной системы трещин. Ледяная кора довольно подвижна и неоднократно раскалывалась от внутренних напряжений и крупномасштабных тектонических процессов. Космический корабль NASA Galileo в 2000 году обнаружил кратер размером с крупный город на Европе, спутнике Юпитера. Исследования этого кратера могут пролить свет на характер загадочной ледяной поверхности Европы. Этот кратер - результат произошедшего в прошлом крупного столкновения кометы или астероида с поверхностью Европы. Кратер - яркое круглое пятно - имеет диаметр около 80 километров, что делает размеры кратера сравнимыми с крупнейшими городами на Земле. Площадь этого кратера составляет примерно 5000 квадратных километров. 

На Европе заметно содержание сравнительно чистого водного льда, в то время как синий цвет указывает на то, что присутствует также и не льдистый материал. Состав темного материала спорен. Он может состоять из минералов, образованных испарением соленой морской воды, или он может быть богат серной кислотой. Яркое кольцо вокруг кратера состоит из льдистого подповерхностного материала, выброшенного из кратера при столкновении, в то время как темная область внутри кратера может содержать остатки столкнувшегося тела. Дальнейшие исследования могут прояснить и природу столкнувшегося с Европой тела, и химический состав поверхности Европы. 

Ученые нашли на Европе только пять кратеров диаметрами 10-30 км. Температура поверхности - 145°С. Недавние наблюдения показывают, что Европа имеет очень незначительную атмосферу. Наличие в ней кислорода объясняется тем, что солнечный свет и заряженные частицы, воздействуя на ледяную поверхность Европы, производят водяной пар, который разделяется на водород и кислород. Водород улетучивается, оставляя один кислород.

По материалам сайта: galspace.spb.ru

Из множества спутников Юпитера (63 спутника), перечисленных в таблице, выделяются 4 галилеевых спутника, известных со времен Галилея. Это Ио (имя женского рода), Европа, Ганимед и Каллисто. Они выделяются большими размерами (от размеров Луны до размеров Меркурия) и близостью к планете. Известны еще более близкие к Юпитеру спутники: это 3 совсем маленьких тела, и Амальтея, имеющая неправильную форму (ее размеры примерно 130х80 км). Вместе с ними галилеевы спутники образуют так называемую правильную систему, которая отличается компланарностью (расположением орбит спутников в плоскости экватора планеты) и почти круговой формой орбит. Если сравнить их с положением нашей Луны, то Ио находится на 10% дальше, а Каллисто — в 4,9 раза дальше Луны. Но из-за огромной массы Юпитера на один оборот вокруг планеты они затрачивают всего 1,8 и 16,7 сут. 

Со времени их открытия они оставались одним из самых популярных объектов астрономических наблюдений. Но если бы астрономы тогда знали, какие чудеса таятся на этих небесных телах!

Знакомтесь - Ио

Закон Мерфи: Краткая история исследований космоса полна забавных, а иногда и невеселых происшествий, недоразумений и неожиданных открытий. Постепенно возник некий фольклор, которым специалисты обмениваются при встречах. Часто он связан с неожиданностями в поведении космических аппаратов. Недаром в кругах исследователей космоса родилась полушутливая, полусерьезная формулировка закона Мерфи—Чизехолма: «Все, что может испортиться, — портится. Все, что не может испортиться, портится тоже». Одна из сугубо научных статей в журнале «Сайенс» так и начиналась: «В соответствии с законом Мерфи...» Но к счастью, бывает и наоборот. Случай, о котором мы расскажем, скорее относится к такому удивительному везению. Трудно сказать, сколько здесь правды, но научная канва этой истории вполне достоверна.

ИО - ГАЗОВЫЕ СТОЛБЫ PROMETHEUS и ZAMARA

Точному знанию положения космического аппарата у далекой от Земли планеты способствуют не только средства радионавигации, но и передаваемые аппаратом телевизионные изображения, на которых видны спутники на фоне звезд. Получаемые относительные положения небесных тел вводятся в вычислительную машину, которая уточняет координаты аппарата. Одна из легенд рассказывает, что когда «Вояджер-1» приближался к Юпитеру, ЭВМ указала руководительнице эксперимента на ошибку во вводимой в ЭВМ магнитной ленте с записью изображения спутника Ио. Причина была непонятной, но в конце концов ученой удалось выяснить, что форма лимба Ио не соответствовала заложенным в ЭВМ представлениям о круглом небесном теле. Сбоку у Ио что-то выступало. Это «что-то» впоследствии оказалось огромным газовым султаном, который поднимался на высоту около 250—300 км над действующим вулканом. 

Следует сказать, что Ио давно удивляет астрономов. Мы уже говорили, что несколько лет назад вдоль орбиты Ио было обнаружено излучение кислорода, паров натрия и серы. Как сохраняется такой тор («бублик») в пространстве? Вначале ученым показалось, что все объяснили телевизионные снимки Ио: 7—8 действующих вулканов на ее поверхности выбрасывают фонтаны газообразных веществ, поднимающихся на сотни километров. Бледно-оранжевый цвет некоторых участков поверхности Ио вызван, по-видимому, отложениями серы и сконденсированного сернистого газа. Если предположить, что часть продуктов извержений рассеивается в космосе, происхождение газового тора вдоль орбиты Ио находит объяснение.

ГАЗОВЫЕ СТОЛБЫ НА ИО

Но дело в том, что Ио — довольно массивное небесное тело (на 20% больше массы Луны), а средняя плотность составляет 3,53 г/см3. Диаметр Ио 3620 км (Луны 3476 км). Расчеты показывают, что ускорение свободного падения на ее поверхности достаточно велико, 1,81 м/с2. Тяжелый сернистый газ, а также пары серы, выброшенные из вулканической кальдеры, из-за низкой температуры быстро конденсируются и в таком виде, как иней и снег, выпадают на поверхность Ио. Этот процесс опережает разрушение молекулы газа ультрафиолетовым излучением Солнца (фотодиссоциацию). В то же время ускорение свободного падения недостаточно, чтобы удержать такую атмосферу, как у Марса, хотя какие-то следы атмосферы Ио имеет. Выброс газа на высоту несколько сотен километров требует скоростей истечения газа из жерла примерно 1 км/с. Высокой скорости истечения способствует ничтожная плотность атмосферы Ио: от 10 до 100 миллионов раз меньше, чем у поверхности Земли. По земным понятиям — это глубочайший вакуум. Но концентрация молекул не так уж мала, около

1011 см-3. У всех остальных спутников Юпитера, Сатурна и Урана, как и у планеты Меркурий, плотность атмосферы еще в миллиарды раз ниже. Попросту говоря, атмосферы у них нет. Исключение — спутник Сатурна Титан. Отложим немного разгадку, как сера и натрий попадают в космос и образуют тор из нейтральных и ионизованных атомов и обратимся к удивительному механизму извержений на Ио. 

Энергия для вулканов: Ио недостаточно велика, чтобы радиоактивный распад элементов в ее недрах вызвал сильный разогрев коры, как это происходит на Земле. Энергия для разогрева черпается совсем из другого источника: из приливных воздействий второго галилеева спутника, Европы, самого Юпитера и в небольшой степени третьего спутника — Ганимеда. Подобно тому как в атомах запрещены определенные сочетания состояний электронных оболочек, в системе Юпитера запрещены (хотя и по другим причинам) некоторые конфигурации (взаимные расположения) спутников. Как только Ио приближается к определенной точке относительно Европы и Ганимеда, влияние последних начинает искажать орбиту Ио. За каждый оборот Ио дважды изменяет орбиту, смещаясь радиально на 10 км «вверх» и «вниз». Орбита становится не совсем круговой, хотя эксцентриситет всего 0,004. Ио имеет значительный приливный выступ (отличие от сферичности) и при движении вдоль орбиты испытывает сильную либрацию (покачивание), хотя, подобно другим галилеевым спутникам, находится в синхронном вращении, т. е. всегда обращена одной стороной к Юпитеру. 

Приливные силы изгибают литосферу Ио и разогревают ее подобно тому, как нагревается изгибаемая проволока. Благодаря приливным воздействиям в недрах Ио выделяется огромная энергия — 60—80 млн. МВт. По-видимому, она распределяется неравномерно, больше выделяется в приповерхностных слоях небесного тела. В результате рассеяния этой энергии движение всех трех тел постепенно замедляется, но происходит это чрезвычайно медленно. 

Нечасто бывает, чтобы предсказание теории нашло подтверждение всего через 2 месяца, но в случае Ио было именно так. Ее вулканические извержения были предсказаны на основе анализа взаимных возмущений галилеевых спутников. Предсказание было опубликовано незадолго до сближения с Ио «Вояджера». Мощность, рассеиваемая в приливных возмущениях Ио, достигает 2 Вт/м2 — это в 30 раз больше тепла, чем выделяется через поверхность Земли. Дистанционные измерения температуры поверхности, которая при равновесии с получаемой от Солнца энергией должна составлять примерно 140 К в районе экватора Ио, привели к совсем удивительным результатам. Равнины, покрытые слоем белых отложений, имеют даже более низкую температуру, 130 К. Это понятно: высокое альбедо поверхности уменьшает количество поглощаемой энергии. 

Вулканы и горячие пятна: Вместе с тем около 2% поверхности занимают активные горячие пятна. Их насчитывается более 10. Температура в пятнах 310, 400 и даже 600 К, причем размеры пятен колеблются в пределах от 75 до 250 км. «Вояджер-1» застал 8 активных гигантских извержений, места которых были отождествлены с горячими пятнами. Сблизившийся с Ио через 4 месяца «Вояджер-2» обнаружил, что 7 из них все еще продолжают извергаться. «Выключился» только один из наиболее крупных вулканов, получивший название Пеле (в честь бога вулканов). В 1979 г. в точке, которая оказалась вулканической кальдерой Пеле, была зарегистрирована наивысшая температура, 600 К.

Патера Тупана. Размеры — 75 км, высота утёсов — 900 м. (снимок «Галилео»)

Интересно отметить, что центр извержения почему-то темный, а в стороны распространяются оранжевые потоки — продукты извержений. По-видимому, они накапливаются в глубинных резервуарах расплавленных веществ. Есть признаки того, что продолжительность существования вулканической кальдеры тем больше, чем из более глубоких резервуаров происходит извержение. 

Вулканы Ио делятся на несколько типов. Первые имеют температуру 350—400 К и скорость выброса газовых продуктов около 500 м/с. Высота газового султана достигает 100 км и более, а выпадающие осадки имеют белый цвет. Таких большинство. Вторые отличаются очень высокой температурой кальдеры, имеют скорость выбросов около 1 км/с и высоту султана до 300 км. Главная их особенность — темная кольцевая окантовка на расстояниях нескольких сотен километров от кальдер, К ним относится Пеле и найденные позднее Сурт и Атен. Кольцо газоконденсатной природы вокруг Пеле имеет характерную форму следа подковы диаметром около 1000 км, а отложения на поверхности составили эллипс размерами 950х1400 км. 

Анимация из пяти снимков с КА «Новые горизонты». Видно, как вулкан Тваштар извергает материю на 330 км над поверхностью.

В центре извержения расположено несколько обширных плоскогорий с обрывистыми краями и разделяющей их широкой долиной. Вся поверхность имеет темные оттенки оранжевого и коричневого цветов. Лишь плоскогорье выделяется более светлой окраской. Среди интересных гипотез имеется предположение о гейзерном характере извержений второго типа, когда происходит внезапный фазовый переход летучих веществ (жидкость — газ). Такой фазовый переход в глубинном резервуаре известен для земных вулканов, например, острова Св. Елены. Для сернистого газа переход должен происходить при температуре 400 К, а для серы примерно при температуре 700 К. Если принять эту гипотезу, малые султаны соответствуют выбросам с небольших глубин, большие — выбросам из глубоких резервуаров.

ВУЛКАНИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ НА ИО

Состав продуктов извержений (сера, сернистый газ и некоторые сульфиды) присутствует и в вулканических извержениях на Земле, но к основным составляющим извержений не относится. Чтобы судить о реальной мощности вулканизма на Ио, важно знать, много ли вещества выбрасывается в извержениях, для чего можно воспользоваться сведениями о возрасте поверхности. В свою очередь, для оценки (относительной) возраста поверхности небесных тел широко используется метод подсчета количества метеоритных кратеров, приходящихся на единицу поверхности. Метод дает оценку возраста, если, конечно, известна средняя плотность метеоритной бомбардировки (о некоторых трудностях такой оценки мы расскажем в разделе, посвященном Каллисто). По отсутствию метеоритных кратеров на поверхности Ио было установлено, что поверхность эта очень молодая, около 1 млн. лет. Ее составляют продукты извержений. Из-за низкой температуры конденсации отложения конденсатов, как серы, так и сернистого ангидрида, сохраняются очень долго. Толщина слоя отложений оценивается от 3—4 до 20—30 км. В извержениях выбрасываются также силикатные магмы — возможно, таково происхождение темных пятен на поверхности Ио. Общее количество вулканических кальдер на поверхности Ио, в том числе горячих, несколько десятков, но действующих, как уже говорилось, гораздо меньше. Общая площадь вулканических кальдер составляет примерно 2% территории спутника. Все они довольно мелкие (по глубине). 

Необычный вид имеет вулканический объект, получивший название Патера Ра. Отходящие радиально от него змеевидные потоки простираются на расстояния до 200 км, изменяя оттенки от коричневого до светло-оранжевого и снежно-белого тонов. Природа вулканических потоков остается непонятной, как и еще более загадочные объекты — лавовые озера, к которым мы теперь перейдем. На их примере можно также кое-что узнать о времени жизни крупных извержений. Самый сильный сигнал был зарегистрирован тепловыми радиометрами «Вояджеров» от не вполне понятного объекта, который получил имя Локи. На телевизионных снимках с высоким разрешением он предстает как слегка срезанное круглое (кольцевое) образование темного оттенка; в центре его имеется угловатой формы светло-желтый объект размерами примерно в половину всего образования, которое само имеет размер 250 км. По-видимому, темный объект представляет собой озеро расплавленной серы, в центре которого плавает 100-километровый «айсберг» из твердой серы! Вокруг него на темном фоне видны более мелкие обломки того же светлого материала. Примерно в 300 км севернее центра Локи проходит слегка наклонный разлом (трещина), длиной около 200 км, с таким же темным дном, имеющий в центре примерно такой же «айсберг». (Виды Локи на снимках первого и второго аппаратов несколько различаются.) С обеих сторон трещины в небо Ио на высоту 250 км бьют два мощных белых газовых султана, выделяющихся на фоне светло-серой поверхности. Измерения показывают, что жидкий темный материал кальдеры Локи не такой уж темный, он светлее поверхности Луны. 

Тепловой поток: Район Локи давал основной тепловой поток при пролете и «Вояджера-1» и «Вояджера-2» в 1979 г. Но этим дело не ограничилось. Наземные телескопические наблюдения вскоре также позволили зарегистрировать мощный тепловой поток, который появлялся, когда Ио» входила в тень Юпитера. Потом вспомнили, что такое же явление наблюдалось лет за 15 до того и осталось загадкой. Как часто ученых обманывают обстоятельства, что отмечается в известной поговорке, пришедшей еще от древних греков: «После того — не значит вследствие того!» Если бы миллионы мегаватт рассеянной энергии излучались всей поверхностью Ио, температура спутника возросла бы всего на 2 К. Здесь же излучал определенно горячий район относительно небольших размеров. Сопоставление показало также, что источники излучения распределены по поверхности очень неравномерно, появляются и исчезают при вращении спутника, а появление горячих пятен при затмении Юпитером Солнца объясняется попросту тем, что именно в это время мы видим постоянно обращенную к Юпитеру сторону спутника, где расположен... кратер Локи. Дальнейшие наземные исследования показали, что тепловое излучение Ио в течение всех последующих лет неизменно» резко возрастает, как только становится виден меридиан 300—306° з. д., т. е. Локи. Его вклад в излучение Ио составляет половину. В самое последнее время появился новый метод исследований — тепловая поляриметрия. Эти исследования показали, что излучение исходит от гладкой поверхности, расположенной на 13° с. ш. и 303° з. д. С учетом ошибки ±5°, указанной авторами, это снова координаты Локи (16—19° с. ш., 300—306° з. д.). Ученых чрезвычайно интересует, сколько же лет может непрерывно происходить это извержение?

РАЗНЫЕ ЦВЕТОВЫЕ ОТТЕНКИ НА ПОВЕРХНОСТИ ИО

Разные цветовые оттенки поверхности Ио указывают, что, кроме серы и сконденсированного сернистого газа, там имеются и другие составляющие. Цвет отложений серы также зависит от температуры и может быть белым, желтым, красным, коричневым и даже черным. Широкий выбор цветов могут дать также полисульфиды. Чего определенно нет ни на поверхности Ио, ни в ее вулканических выбросах — это воды, ее снега или инея. А именно вода составляет основную массу вулканических выбросов на Земле. Сейчас воды на Ио, по-видимому, нет совсем. Но всегда ли спутник был безводным или его запасы воды растеряны в извержениях? Этот вопрос еще ждет своего решения, особенно если учесть, что Ганимед и Каллисто на 50—60% состоят из водяного льда и, возможно, жидкой водяной мантии. 

Рельеф Ио: Несколько слов о рельефе Ио. Он в основном равнинный. Кроме гор в центре комплекса Пеле, есть еще несколько крупных массивов. Имеются высокие горы у южного полюса, занимающие площадь около 150х80 км. Интересный объект обнаружен на телевизионных снимках: это гора высотой до 2,5 км с диаметром основания около 85 км, конической формы, которую специалисты относят к щитовым вулканам (отличающимся очень текучими лавами) и которые характеризуются совсем другим типом извержений. Здесь было бы уместно перейти к внутреннему устройству Ио, но у специалистов оно вызывает так много споров, что мы ограничимся лишь общей схемой галилеевых спутников. 

Взаимодействие: Орбита Ио расположена в той части магнитосферы Юпитера, где потоки заряженных частиц особенно плотны — в центре радиационного пояса. Эта часть магнитосферы напоминает 100-кратно увеличенные в размерах радиационные пояса Земли. Плазма здесь сосредоточена в объеме, весьма приближенно имеющем вид диска, который жестко связан с вращающимся магнитным полем планеты. Наряду с протонами и электронами в радиационных поясах Юпитера найдены ионы серы, кислорода и других элементов. Поскольку магнитосфера вращается быстро, часть заряженных частиц выбрасывается из нее центробежными силами и движется в межпланетной среде в виде медленного компонента космических лучей, пульсирующего с периодом вращения Юпитера (9 ч 55,5 мин). На орбите Ио находится тор горячей плазмы с температурой до 5х104 К.

СТРОЕНИЕ ИО

Электрические и магнитные явления очень интенсивны в магнитосфере Юпитера. Среди чудес природы — мощный естественный электрический генератор, составная часть которого — спутник Ио. Только, пожалуй, «мощный» — не то слово. Между Юпитером и Ио течет ток в 5 млн. А. Мощность этой энергосистемы в 20 раз превышает суммарную мощность всех земных электростанций. Механизм, с помощью которого вырабатывается эта фантастическая мощность, по-видимому, связан с весьма своеобразной структурой так называемых токовых оболочек в плазмосфере Юпитера. Интересно отметить, что такая структура давно была предсказана известным шведским ученым X. Альфвеном для протопланетной туманности. Высказано предположение, что сильные электрические токи у поверхности Ио могут благодаря самостягиванию разряда (пинч-эффекту) концентрироваться на малой площади. Не связаны ли извержения с таким продолжительным прожигающим электрическим разрядом? По-видимому, Ио «работает» как одна из частей гигантского. природного ускорителя заряженных частиц.

Анимация, демонстрирующая Лапласов резонанс Ио с Европой и Ганимедом

Полярное сияние в верхних слоях атмосферы Ио. Различными цветами светятся различные компоненты атмосферы. Зелёное свечение даёт натрий, красное — кислород, синее — вулканические газы, такие как диоксид серы. Изображение получено во время затмения на Ио

Ио активно взаимодействует с магнитосферой и самим тором, перемешивая частицы средних и низких энергий и поглощая частицы Электрические процессы в магнитосфере на уровне орбиты Ио связаны с радиоизлучением, приходящим с Юпитера в декаметровом диапазоне. Еще в 1964 г. было доказано, что оно определенно зависит от положения Ио: вероятность регистрации радиоизлучения наибольшая, когда Ио оказывается на максимальном угловом расстоянии, от Юпитера, если смотреть с Земли. В меньшей степени такую же зависимость показывают Европа и Ганимед. Космическими аппаратами было зарегистрировано и более длинноволновое излучение — в диапазоне от 0,3 до 30 км. Оно также, по-видимому, генерируется в плазменном торе на орбите Ио. 

Гора Тохиля (Tohil Mons) высотой 5,4 километра. Фото космического аппарата «Галилео»

Тор вращается со скоростью, почти равной скорости магнитосферы, поэтому частицы в нем движутся намного быстрее, чем Ио. Их относительная скорость достигает 57 км/с, что вызывает интенсивную бомбардировку поверхности спутника и ежесекундно выбивает из нее примерно 1—2 т сернистого газа, который поступает в тор уже в виде однократно и двукратно ионизованных атомов серы и ионизованного кислорода. Измерения показали, что из тора исходит интенсивное излучение сильно ионизованных паров серы на длинах волн 953 и 672 нм и что температура плазмы в торе достигает 50— 100 тыс. К. Это означает, что в тор накачивается огромная энергия порядка 500 тыс. МВт, причем механизм поступления этой энергии в газовое кольцо остается неизвестным. На орбите находится также облако паров щелочного металла натрия, тоже очень большой протяженности — почти в диаметр Юпитера. Сравнительно низко над спутником обнаружены облака нейтральных натрия, калия, кислорода и серы. Структура тора и облаков до конца еще не исследована.

Дополнение к выше сказанному

Вулканическая активность Ио обусловлена гравитационным влиянием на нее других тел системы Юпитера. Прежде всего сама гигантская планета своим мощным тяготением создала два приливных горба на поверхности спутника, которые затормозили вращение Ио, так что она всегда обращена к Юпитеру одной стороной - как Луна к Земле. Поскольку орбита Ио не точный круг, горбы слегка перемещаются по ее поверхности, что приводит к разогреву недр. В еще большей степени этот эффект вызывается приливным воздействием других массивных спутников Юпитера, в первую очередь ближайшей к Ио Европы (кстати, периоды обращения этих спутников находятся в резонансе 1:2, на один оборот Европы приходится два оборота Ио). Колебания приливных горбов так разогрели недра Ио, что сейчас она является самым вулканически активным телом Солнечной системы. 

В отличие от земных вулканов, у которых мощные извержения эпизодичны, вулканы на Ио "работают" практически не переставая, хотя активность их может менятся. Вулканы и гейзеры выбрасывают часть вещества даже в космос. Ударные кратеры на Ио отсутствуют из-за интенсивной вулканической переработки поверхности. На ней есть каменные массивы высотой до 9 км.

По материалам сайта: galspace.spb.ru

Прямая стена(Rupes Recta) — самый известный тектонический разлом на поверхности Луны, расположенный вдоль восточного берега Моря Облаков (Mare Nubium). Длинную и тонкую линию, простирающуюся с севера на юг почти на 120 км, можно заметить уже в 60-миллиметровый телескоп. Особенно захватывающе стена смотрится во время восхода Солнца, когда возраст Луны – примерно 8 дней.

Постарайтесь поймать момент, когда лунный терминатор располагается немного западнее разлома. При таких условиях на всем своём протяжении стена отбрасывает тень, что наглядно демонстрирует перепад высот лунной поверхности: западная, морская сторона, значительно ниже суши – восточной.

По длине тени можно определить и высоту «Прямой стены», которую многие наблюдатели оценивают в 250–300 метров, тогда как по мнению Чака Вуда (Chuck Wood), известного наблюдателя и ученого, высота достигает 450-ти метров.

Несмотря на название, стена не является полностью отвесной. Скорее, это довольно пологий склон, имеющий максимальный наклон 21°. А если присмотреться, не такая уж она и прямая. С обоих концов имеются небольшие участки, которые располагаются под углом к основному сегменту. 

Вернитесь к Rupes Recta примерно через 13 дней, когда возраст Луны составит 21–22 дня. Именно в эти дни заходящее Солнце освещает западную часть склона, благодаря чему стена становится видна в виде тонкой светлой линии. 

У наблюдателей «Прямая Стена» вызывает разные ассоциации. Например, среди британских любителей астрономии прижилось название «Железная дорога». В свою очередь, один из первых селенографов Христиан Гюйгенс (Christiaan Huygens), живший в 17 столетии, видел в этом образовании меч, где лезвием является сам разлом, а рукояткой служит небольшое серповидное образование в его южной оконечности. Мне же весь этот комплекс больше всего напоминает кочергу.

Отдельного внимания заслуживает рукоятка меча. Эта группа холмов носит собственное название — Оленьи Рога. Холмы действительно напоминают рога, если посмотреть на них через средний или большой телескоп, используя высокое увеличение. Несмотря на то, что название неофициальное и не помечено на многих картах, оно имеет большую историю, уходящую своим корнями к началу телескопических наблюдений. По всей видимости, это остатки кратера диаметром 25 км, который был затоплен и разрушен лавой с западной стороны. Сохранившаяся юго-восточная оконечность, напоминающая серп молодой луны или улыбку, возвышается над уровнем моря на 850 метров.

Комплекс холмов "Оленьи Рога"

Это не единственный разрушенный кратер в этом районе. Применив небольшое увеличение и внимательно осмотрев область вокруг прямой стены, вы заметите, что разлом проходит по дну древнего кратера (который не имеет собственного названия). Исходя из того, что прямая стена расположена радиально по отношению к бассейну Моря Дождей (Imbrium basin) многие учёные считают их взаимосвязанными. Однако у стены есть и явная связь с безымянным кратером. По мнению Ч. Вуда, кратер сформировался на границе бассейна Моря Облаков (Nubium impact basin) ударного происхождения, и проседание дна бассейна потянуло за собой и западную стену кратера, после чего та была похоронена потоками лавы, заполнившей дно бассейна.

Последний на сегодня объект расположен немного западнее и идет почти параллельно Прямой стене - Rima Birt. Требуется хорошая, устойчивая атмосфера и телескоп с диаметром объектива 150 мм, чтобы разглядеть это образование, однако для более детального изучения потребуется инструмент покрупнее. Rima Birt – трещина на лунной поверхности, напоминающая головастика или сперматозоид, которая начинается от кратера Birt и, изящно изгибаясь, тянется на север на протяжении 50-ти километров. Обратите внимание, что на каждом своем конце трещина имеет небольшое овальное углубление. Яма с северной стороны располагается на вершине небольшого купола, который заметно темнее окружающего его моря. По всей видимости, своим происхождением они обязаны все тем же потокам лавы, которые на своем пути образовали купол, ямы и трещины на дне древнего кратера.

Далекие луны могут оказаться не менее благоприятными для жизни, чем планеты. К примеру, в Солнечной системе, самое благоприятное тело для жизни – наша планета. Следом за ней идут спутники газовых гигантов – Европа, Титан. Мощное гравитационное поле газового гиганта способствует образованию рядом с ним крупного небесного тела, сравнимого с нашей самой маленькой планетой – Меркурием. Оно же создает приливные силы, которые нагревают луну, давая ей источник тепла, которым на большом удалении не может быть звезда. Однако помимо мощного гравитационного поля газовые гиганты обладают мощным магнитным полем. Его свойства и влияние на обитаемость лун, а также параметры последних, оказались в фокусе внимания Рене Гллера и Хорхе Зулуаги, сотрудника Антиохийского университета. Результаты, правда, оказались неутешительными. Во-первых, луны в любом случае должны быть намного меньше Земли, иначе они не смогут сформироваться около газового гиганта. Из-за этого у них нет достаточной защиты от космического излучения и для процветания жизни на поверхности они должны полагаться на защиту магнитного поля планеты. Однако для этого луна должна обращаться близко к гиганту, так что приливные силы могут сделать их необитаемыми, перегрев, как, например, Ио.

Главной темой исследования Геллера и Зулуаги стало влияние магнитного поля газового гиганта на размер границы обитания, аналога зоны обитания для лун. Эта граница определяет минимальное расстояние от планеты, на котором должна находиться луна, чтобы избежать возникновения накапливающегося парникового эффекта. Луны в исследовании имели массу, сравнимую с массой Марса, а газовые гиганты имели диапазон масс от Нептуна до Юпитера. При этом как луны крупнее Земли вряд ли могут образоваться около гиганта, также вряд ли стоит ожидать открытия спутников меньше Марса в ближайшем будущем. Отдельно стоит отметить, что система гиганта и луны при этом находилась в зоне обитания звезды.

Ядро работы – расчет размеров магнитосфер гигантских планет в зонах обитания их звезд. Магнитосфера планеты – область около нее, заполненная линиями напряженности поля и плазмой, движение которой ими управляется. При этом внутренняя часть магнитосферы оказывается практически полностью защищенной от внешнего влияния – солнечного ветра и космического излучения. Например, Земля  практически полностью защищена от ветра Солнца, и только на полюсах есть брешь в обороне. После корональных выбросов массы в приполярных регионах часто видны сияния, вызванные проникновением плазмы в атмосферу планеты. К счастью, этот последний рубеж обороны неприступен. Большая же часть магнитосферы представляет собой место смешения зон влияния магнитных полей планеты и звезды. Здесь создается ударная волна – столкновение солнечного ветра с магнитным полем планеты. Внешняя часть может распространяться на огромное расстояние. Так, магнитосфера Юпитера превышает размером саму планету в 50 раз. Ее радиус на солнечной стороне в 10 раз больше расстояния между Землей и Луной. И это – меньший из размеров, так как удар солнечного ветра сминает магнитосферу. На ночной же стороне хвост плазмы, находящейся внутри магнитосферы Юпитера, распространяется практически до орбиты Сатурна. Впрочем, при анализе обитаемости луны нужно принимать во внимание только дневную сторону, по которой дается минимальная оценка размера магнитосферы.

Определение размера магнитосферы далекой планеты представляется непростым делом. Эта работа является основной специализацией Зулуаги, ранее опубликовавшего статью, посвященную магнитосферам небольших планет. В случае газовых гигантов определяющими параметрами являются размер и внутреннее строение, от которых зависит работа динамо-машины внутри планеты. Модели внутреннего строения и различных свойств планет были позаимствованы в Калифорнийском университете. Полученные результаты оказались на удивление надежными. Созданные модели размеров магнитосфер планет, примененные к телам Солнечной системы от Ганимеда до Юпитера, показали правильный порядок величины дипольных моментов этих тел (именно дипольная часть создает львиную долю всего магнитного пола планеты или луны). В пересчете на размер магнитосферы это означает ошибку не более чем в два раза.

После определения размера магнитосферы планеты в дело вступил Рене Геллер, специалист по лунам экзопланет. Его задачей было указать, каково минимальное расстояние до планеты, на котором приливные силы и тепловое излучение планеты не перегревает луну. При граница определяется способностью атмосферы луны поглотить определенное количество тепла до того, как скажется парниковый эффект и вызываемой приливными силами геологической активностью. Последний фактор имеет большее влияние. Соотнесение полученных расстояний – насколько луна должна быть далеко от планеты чтобы не перегреться и близко к ней, чтобы оказаться под защитой магнитного поля – дало неутешительный результат. Для планет с массами Нептуна, Сатурна и Юпитера, находящихся в зоне обитания звезды с массой в 0.7 солнечной у луны нет шансов быть обитаемой: тепловая граница находится дальше, чем магнитная. Впрочем, этот результат сильно зависит от состава планет. Например, планета размером с Нептун, имеющая в своем составе почти исключительно тяжелые элементы, а не половину объема, занятую водородом, может защитить свою обитаемую луну от солнечного ветра даже на ранних этапах развития системы, когда звезда особенно активна. 

Фобос и Деймос - спутники Марса

20 августа и 9 сентября 1975 года в Соединенных Штатах Америки были запущены космические аппараты "Викинг-1" и "Викинг-2", предназначенные для исследования Марса и его спутников - Фобоса и Деймоса. После долгого полета по трассе Земля-Марс они вышли на ареоцентрические (околомарсианские) орбиты соответственно 19 июня и 7 августа 1976 года.

С помощью специальных приборов, расположенных на орбитальных блоках космических аппаратов, была составлена тепловая карта марсианской поверхности и карта содержания водяных паров в атмосфере планеты. Было установлено, что полярные шапки Марса состоят в основном из водяного льда, на который суровой марсианской зимой конденсируется углекислый газ.

Особый интерес у астрономов вызвали крупномасштабные снимки поверхности Марса и его спутников. Что же представляют собой марсианские луны? Какие они вблизи? Еще в 1972 году весь мир обошла первая фотография Фобоса, сделанная "Маринером-9". Спутники Марса оказались огромными бесформенными глыбами - они похожи на астероиды. "Викинги" исследовали Фобос и Деймос очень подробно. Прежде всего были уточнены их размеры. У Фобоса они составляют 26,2х20х18,6 км, у Деймоса - 15,6х14х10,2 км.

Поверхность спутников слишком неровная - покрыта множеством кратеров, которые, несомненно, являются результатом ударов метеоритов. Число кратеров и их распределение по размерам вполне сравнимо с насыщенностью кратерами лунной поверхности. В то же самое время количество кратеров на Фобосе и Деймосе в расчете на единицу площади примерно в 100 раз больше, чем на Марсе. Поскольку спутники находятся в той же области Солнечной системы, что и сама планета, можно сделать вывод об очень высокой эрозии (разрушении горных пород), деист вовавшей на Марсе длительное время.

Большой неожиданностью для астрономов оказалось различие поверхностной структуры Фобоса и Деймоса. На Фобосе отчетливо видны трещины, имеющие ширину до 200 м и глубину до 20 м, а самая крупная трещина, примыкающая к кратеру Стикни, имеет ширину 700 м и глубину 90 м! Есть все основания считать, что и кратер Стикни, и эти трещины образовались в результате катастрофического события - удара крупного метеорита, едва не приведшего к полному разрушению Фобоса.

Поверхности марсианских спутников покрыты слоем пыли. Это, конечно, результат длительной метеоритной бомбардировки. Но на Деймосе слой пыли и реголита значительно толще, чем на Фобосе, а кратеры диаметром менее 50 м, по-видимому, совсем засыпаны пылью. Быть может, этим объясняется то обстоятельство, что на Фобосе мелких кратеров очень много, а на Деймосе они почти полностью отсутствуют. Вероятно, по причине большого количества пыли все детали на Деймосе имеют сглаженные контуры, словно изображение спутника расфокусировано.


Оба спутника отличаются очень темным цветом. Своей чернотой они обязаны пыли, которая, пожалуй, чернее сажи и отражает совсем мало света. Их альбедо (отражательная способность поверхности) меньше 5%. Поэтому спутники Марса можно отнести к самым темным небесным телам Солнечной системы. Пока астрономы этого не знали, им казалось, что Фобос и Деймос просто очень малы, вроде как искусственные... Фобос и Деймос вращаются так, что их большие оси всегда ориентированы в сторону Марса. И как следствие этого, они всегда обращены к своей планете одной стороной, подобно тому, как наша Луна "смотрит" на Землю одним и тем же своим полушарием.

Под действием приливного трения марсианские спутники движутся по спиралеобразным орбитам и очень медленно приближаются к Марсу. Фобос приближается быстрее Деймоса и должен погибнуть первым. Скорее всего, когда спутник войдет в опасную зону (достигнет так называемого предела Роша, равного примерно двум с половиной радиусам планеты), он будет разорван силами тяготения Марса на множество мелких частей. Тогда из вещества бывшего спутника около Марса может образоваться тонкое кольцо, напоминающее знаменитое кольцо Сатурна.

Коротцев О.Н.                                                           

(по материалам http://prosto-o-slognom.ru)

Луна и квазиспутники нашей Земли

    Кроме всем известной Луны, наша планета может также похвастаться и более экзотичными квазиспутниками (quasi-satellite), например, "второй луной" - астероидом 2003 YN107, что "привязан" к Земле гравитационным взаимодействием и обладает цикличной орбитой. При этом период его обращения вокруг Солнца равен почти точно одному земному году. Размеры этой "второй луны" не идут ни в какое сравнение с размерами нашего главного спутника: поперечник 2003 YN107 составляет всего лишь 20 метров, то есть этот астероид слишком мал для того, чтобы его можно было наблюдать невооруженным взглядом даже при самых благоприятных условиях. Забавно, что этим "спутником" Земля "обзавелась" не более десятка лет назад, а теперь вот настает и час расставания.
    "2003 YN107 прибыл к нам в 1999 году и с тех пор наматывал витки вокруг Земли", - объясняет Пол Чодас (Paul Chodas), работающий по программе NASA, посвященной изучению околоземных объектов (Near Earth Object Program), в Лаборатории реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory - JPL). Поскольку астероид слишком мал, чтобы всерьез угрожать Земле, он и не привлекал к себе большого внимания со стороны средств массовой информации. Однако Чодас и другие эксперты о 2003 YN107 все-таки не забывали и контролировали его передвижения. Ведь это по-своему очень даже любопытный объект.

Траектория движения типичного коорбитального Земле астероида 2002 AA29. Изображение получено с сайта http://www.astro.uwo.ca/

Квазиспутники Земли - астероид 2002 AA29

    Большинство околоземных астероидов после сближения с Землей просто улетают прочь, не имея никаких "дальнейших обязательств". А вот с 2003 YN107 все не так: он не только прилетел, но и остался. Впрочем, нужно сразу оговориться, что 2003 YN107 - это всего лишь один представитель целого семейства околоземных астероидов, которые имеют гравитационную связь с Землей. Как обнаруженные, так и еще не обнаруженные объекты из этой категории то и дело старательно нарезают вокруг нашей Земли огромные спирали, и все это может длиться долгие годы и десятилетия.
    Астероиды подобного типа называются соорбитальными или коорбитальными (ECAs - Earth Coorbital Asteroids или просто "coorbitals"). По существу, они разделяют общую орбиту Земли и для них характерен ее одногодичный цикл и специфическая "подковообразная" орбита. Время от времени такой коорбитальный астероид "ловится" гравитацией Земли при его подходе к ней по общей орбите иногда сзади (как бы догоняя), иногда - спереди, но так или иначе, после этого момента начинается своеобразный "танец": астероид, все еще облетая по орбите Солнце, начинает выкручивать спирали и вокруг нашей планеты тоже (изначальное происхождение подобных астероидов (до попадания на земную орбиту) может быть разным, но скорее всего они прибывают из Главного астероидного пояса Солнечной системы, расположенного между орбитами Марса и Юпитера). "В действительности все эти астероиды, конечно, не захвачены полностью земной гравитацией, - говорит Чодас. - Однако с точки зрения наблюдателя с Земли это выглядит так, будто мы на время обретаем новую луну".
    Астрономы знают уже по крайней мере о четырех таких маленьких астероидах, которые периодически проделывали этот "фокус": 2003 YN107, 2004 GU9, 2001 GO2 и 2002 AA29. 2002 AA29 впервые найден на фотографиях, полученных 9 января 2002 года в ходе реализации программы LINEAR (Lincoln Laboratory Near-Earth Asteroid Research - Программы поиска и исследований околоземных астероидов в Линкольновской лаборатории) Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology - MIT), его размеры не превышают футбольного поля. "Их может быть гораздо больше", - считает Чодас. Он верит, что список со временем будет неизбежно расти, поскольку качество обзоров астероидов неизменно улучшается - как по охвату неба, так и по чувствительности камер (а еще наша Земля в принципе может обладать и так называемыми "троянцами", подобно юпитерианским Троянцам и Грекам, - то есть коорбитальными астероидами, находящимися в точках устойчивости Лагранжа и двигающимися синхронно впереди или позади по орбите, однако таковых пока не выявлено). В настоящее время только два коорбитальных астероида могут рассматриваться в качестве близких соседей - квазиспутников: 2003 YN107 и 2004 GU9. Все остальные распределены где-то по земной орбите.

    В связи со всем этим часто еще упоминается и астероид 3753 Cruithne (так называемый "первый коорбитальный астероид", он был открыт в 1986 году, а то, что этот астероид является компаньоном Земли, выяснил в июне 1997 года Пол Вигерт (Paul Wiegert) из канадского Королевского университета), также имеющий гравитационную связь с Землей, однако Чодас отказывается причислять Круитне к категории коорбитальных астероидов: его орбита слишком эксцентрична (e = 0,51), а это весьма отлично от кинематических характеристик спиралей вышеупомянутых "настоящих коорбиталов". Круитне имеет диаметр 5 километров, каждые 385 лет этот астероид сближается с Землей, и ее гравитация изменяет большую полуось его орбиты от 0,997 до 1,003 астрономической единицы или обратно (1 а.е. соответствует среднему расстоянию от Земли до Солнца, это примерно 150 миллионов километров). Такое движение является неустойчивым, и с большой вероятностью Круитне столкнется с Венерой около 8000 года.

Квазиспутники Земли - астероид 2002 AA29

Идентификация астероида 2002 AA29. С сайта www.astro.queensu.ca/~wiegert/AA29/AA29.html. Ти-пичный коорбитальный спутник Земли

    Вероятно, самым интересным из всего этого семейства можно считать 2004 GU9. Его поперечник равен приблизительно 200 метрам, а это уже достаточно серьезно (падение его на Землю могло бы вызвать локальную катастрофу). И согласно вычислениям Сеппо Микколы (Seppo Mikkola) из Финляндии, опубликованным недавно в "Ежемесячных сообщениях британского Королевского астрономического общества" (статья называется "Stability Limits for the Quasi-satellite Orbit" - "Пределы устойчивости для квазиспутниковой орбиты", S. Mikkola et al., Monthly Notices of the Royal Astronomical Society - MNRAS, 369, 15-24 (2006)), с этим астероидом был связан близкий подход к Земле и цикл, характеризуемый периодом в 500 лет, причем продолжение этого цикла с большой вероятностью можно будет ожидать спустя еще полтысячелетия - этот астероид имеет удивительно устойчивую "орбиту".
    Ну а столь пристальное внимание, направленное на "более невзрачный" 2003 YN107, специалисты объясняют очень просто: этот "коорбитал" собирается отбыть "восвояси" (вот ведь так всегда бывает: "чем меньше спутницу мы любим, тем больше нравимся мы ей..."). Очередной виток спиральной траектории астероида скривляется все больше и больше, 10 июня он сблизился с Землей до 3,4 миллиона километров - немного ближе, чем обычно. Гравитационное поле Земли должно при этом придать астероиду достаточное ускорение (буквально вытолкать), которое и позволит ему отправиться "в дальний путь на многие года".
    Нужно отметить, что "отвергнутый" 2003 YN107 все же не покинет нас безвозвратно. Примерно через 60 лет он, как собачка на привязи, прибежит к нам опять, возобновив свою роль временного "фаворита" - corkscrewing moonlet. Ну и в должное время всякий другой верный нашей планете коорбитальный астероид проделает то же самое...
    Конечно, каждое такое сближение - это хороший шанс изучить столь необычный объект, который в иных обстоятельствах не разглядеть даже в самые мощные земные телескопы (по крайней мере, большая часть этих крошечных астероидов может быть только как бесструктурные точечные "крапинки"). Возможно когда-нибудь к одному из таких объектов будет отправлена космическая экспедиция, может быть, наших земных инженеров они смогут заинтересовать даже в практическом плане (в смысле организации добычи там каких-нибудь полезных ископаемых), но в настоящее время ничего подобного еще не планируется, и 2003 YN107 уходит нетронутым.   

(по материалам http://www.galspace.spb.ru )