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.  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.

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.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?

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.

Юпитер и его спутник Ио. Черный круг на облаках Юпитера – это тень, отбрасываемая другим спутником Юпитера, вероятно, Европой. Фото с сайта: http://universe.ucoz.ua/index/0-12

Пьер-Симон Лаплас создал математическую теорию, объясняющую орбитальные резонансы Ио, Европы и Ганимеда. Эти резонансы, как обнаружилось позднее, оказали огромное влияние на геологию этих трёх спутников. Первыми космическими аппаратами, пролетающими мимо Ио, были два аппарата-близнеца «Пионер-10» и «Пионер-11», пролетавшие 3 декабря 1973 года и 2 декабря 1974 года соответственно. Ими были уточнены данные о массе Ио и его размерах, что позволило предположить наличие у Ио силикатной коры высокой плотности, а не легкой коры из водяного льда. При помощи «Пионеров» удалось заметить наличие тонкого слоя атмосферы Ио и интенсивного радиационного пояса в районе его орбиты. При помощи камеры, находящейся на борту «Пионера-11», удалось получить хорошее изображение Ио, показывающее его северную полярную область. Изображения крупным планом должен был снять «Пионер-10», но они были потеряны из-за высокой радиации, испортившей приборы этого корабля. Пролёты «Вояджер-1» и «Вояджер-2» мимо Ио в 1979 году позволили сделать более детальные изображения Ио. «Вояджер-1» пролетал мимо Ио 5 марта 1979 года на расстоянии 20 600 километров. Изображения, снятые во время этого пролёта, показали странный разноцветный пейзаж, лишённый ударных кратеров. На снимках с высоким разрешением видна относительно молодая поверхность, испещрённая ямами странной формы, горами выше Эвереста и веществом, напоминающим вулканические потоки лавы. Во время пролёта «Вояджера-2» Линда Морабито заметила шлейф, исходящий от поверхности на одном из изображений. При анализе снимков с «Вояджера-1» было замечено девять таких шлейфов, что доказывает наличие высокой вулканической активности на Ио. Считается, что нагревание Ио вызвает его орбитальный резонанс с Ганимедом и Европой.

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.

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.

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

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).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.

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.

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.

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.  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

Вот так, вероятно, выглядит поверхность Европы. Рисунок Mike Carroll, NASA/JPL/Caltech.

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.