Уран и Нептун                                     Главная                    Юпитер и Сатурн             Кометы

Спутники Юпитера.

Четыре больших спутника Юпитера были открыты Галилеем в 1610г. и стали сильным доводом в пользу теории Коперника. Крупнейшие из них – Ганимед и Каллисто – сходны по внутреннему строению.

ИО

Ближайший к Юпитеру Галилеев спутник. Его диаметр - 3630 км, а средняя плотность вещества 3,55 г/см3. Сернистый газ и пары серы выбрасываются со скоростью 1 км/с на высоту  до 300 км над поверхностью. Анализ  изображений показал, что каждую секунду действующие эруптивные центры выбрасывают около 100000 тонн вещества. Этого количества достаточно для того, чтобы покрыть всю поверхность Ио слоем в несколько десятков метров за несколько миллионов лет. По-видимому, этим объясняется полное отсутствие ударных кратеров на изученной поверхности спутника: погребение ударных структур под слоем вулканического материала идет с большей скоростью, чем их появление в результате падения метеоритов или комет. Большая часть цветных пятен, по-видимому, является недавними отложениями вулканов. Темные округлые образования также могут быть вулканами или вулканическими кальдерами.

Ещё в 1974 году американские астрономы испытывали новый спектрограф и в облаках над Ио обнаружили натрий. После многолетних исследований ученые пришли к выводу, что он входит в хлорид натрия, то есть обычную поваренную соль. А два года назад в заряженных облаках газа, окружающих Ио, нашли и хлор. Наблюдения с помощью радиотелескопа в миллиметровом диапазоне волн позволили изучить очень узкие области спектра. В результате сотрудники университета Джона Хопкинса и их коллеги из других институтов доказали, что соль выбрасывают мощные вулканы.

Недра этого спутника разогреваются из-за приливных сил, вызванных Юпитером с одной стороны и Европой и Ганимедом с другой. Как и большинство спутников в Солнечной системе, Ио обращается вокруг Юпитера синхронно, т.е. период осевого вращения спутника равен периоду его обращения вокруг планеты. Ио находится на орбите близко расположенной к Юпитеру, в результате чего образуется приливной горб величиной в несколько километров. Небольшой эксцентриситет орбиты (0,004) приводит к явлениям, аналогичным либрациям Луны в процессе ее вращения вокруг Земли. Одновременно, под влиянием соседних Европы и Ганимеда возникают возмущения эксцентриситета орбиты, что вызывает периодические изменения амплитуды приливных деформаций в коре Ио.

Такая постоянная пульсация предположительно тонкой коры (толщиной не более 20 - 30 км) обеспечивает энерговыделение, достаточное для расплава недр спутника, что и выражается в интенсивной вулканической активности. Оценки, сделанные на основе измерений теплового потока, исходящего из "горячих" областей Ио, показывают, что приливной механизм способен генерировать до 108 мегаватт энергии, что более, чем в 10 раз превышает суммарную величину энергии, потребляемой всем человечеством на Земле. Приблизительно две тонны вулканического материала ежесекундно попадают в магнитосферу Ио, где ионизируются, делая ее похожей на маленький пульсар. Взаимодействие между облаками электрически заряженного газа вокруг Ио и заряженных частиц в полярных областях атмосферы Юпитера ускоряет вращение частиц вокруг спутника, но действует и на вращение самого гиганта, постепенно замедляя его.

                                                            

В феврале 2001 года на Ио было зафиксировано  самое мощное, когда-либо виданное, извержение, предположительной мощностью  78 тысяч гигаватт. Для сравнения, последнее значительное извержение Этны обладало мощностью "всего" 12 тысяч гигаватт. Но, как свидетельствуют геологические данные, сравнимые по силе извержения могли происходить много миллионов лет назад - в Индии и Сибири.

По словам Эшли Дэвис из Jet Propulsion Laboratory: "Чтобы оставить такой термальный след, раскаленные фонтаны лавы должны подниматься вверх на несколько километров. Они с большой скоростью выбрасываются из земли под давлением газов; картину дополняют бегущие потоки по поверхности на многие сотни километров"

Хотя в районе экватора температура составляет 130° К, однако в горячих пятнах размером от 75 до 250 км температура достигает от 310 до 600° К. Возраст поверхности Ио, сложенной из продуктов извержений и имеющей оранжевый цвет, оценивается в 1 млн. лет. Рельеф Ио в основном равнинный, но имеется несколько гор высотой от 1 до 10 км. Атмосфера Ио сильно разрежена. Практически это вакуум, однако вдоль орбиты Ио обнаружено излучение кислорода, паров натрия и серы, поставляемых при извержении вулканов. В видимой части спектра установлено наличие трех компонент. Интенсивное излучение в синем участке связывают с процессами, которые сопровождают нередкие на Ио вулканические столбообразные выбросы. Вероятно, оно порождается возбуждением молекул SO2 электронами. Менее интенсивное излучение в красном участке объясняют присутствием в области над полюсом Ио атомарного кислорода. Дело в том, что именно эта область спутника оказывается приближенной к магнитоплазменному тору Юпитера — кольцеобразному облаку заряженных частиц (в основном ионов серы и кислорода), захваченных магнитным полем планеты. Плазма вращается вместе с этим полем и постоянно пополняется притоком молекул с Ио. Наименее интенсивное излучение в зеленом участке спектра исходит главным образом от ночной стороны Ио; оно, вероятно, порождается возбужденными атомами натрия. Отмечено также, что суммарное излучение от всего диска Ио убывает после начала затмения, в то время как локальное синее свечение, наоборот, становится более ярким.

ЕВРОПА

Европа - второй из галилеевых спутников по размерам несколько меньше Луны, его диаметр 3138 км, а средняя плотность вещества - 3,01 г/см3. Поверхность спутника испещрена сетью светлых и темных линий, являющихся, по-видимому, трещинами в ледяной коре (На Европе все кратеры, имеющие в диаметре больше 30 километров, имеют концентрические ободки, которые могут быть "рябью", возникшей от заполнения места столкновения жидкостью, вышедшей на поверхность льда от очень мощного астероидного или кометного удара. И если это так, то жидкость, согласно расчетам, находится на глубине 19 километров), образованными в результате тектонических процессов. Трещины, имеющие ширину от 20 до 200 км, простираются на тысячи километров. Перепады высот на поверхности в среднем не превышают 100 м. Подобное отсутствие выраженных форм рельефа (поверхность Европы выглядит как покрытый льдом водоем), по-видимому, служит указанием на существование под поверхностного глобального океана жидкой воды, разогреваемого энергией приливных взаимодействий, выделяемой в недрах Европы. Его предполагаемая глубина может достигать 50 км, что делает Европу единственным, исключая Землю, телом Солнечной системы, где вода в жидком состоянии встречается в таком огромном объеме.

Это предположение получило блестящее подтверждение во время экспедиции космического корабля "Галилей", который четырежды сближался с Европой в 1996 и 1997 годах. Оказалось, что гигантские льдины диаметром более 20 километров и толщиной до 10 километров действительно находятся в постоянном движении, крошатся или, наоборот, соединяются. Такие явления возможны только тогда, когда они плавают на поверхности теплого океана, дыхание которого постоянно прорывается сквозь грандиозный ледяной панцирь

Океан, подогреваемый бушующими в его недрах вулканами, не остаётся в долгу у космического холода и предпринимает всё новые и новые попытки вырваться из своего заточения. Более того, на одном из участков Европы он выходит на поверхность в виде двух незамерзающих отверстий, каждое диаметром больше 25 километров, разделенных несколькими находящимися в постоянном движении ледяными блоками. Ученые полагают, что в этом месте находятся два крупнейших подводных вулкана Европы.

С вулканической деятельностью связывают и другие серьёзные дефекты ледового панциря - трещины, скважины, а также целые ледяные горы, которые возникают в результате замерзания миллионов тонн воды, прорывающейся под большим давлением сквозь ледяную корку в процессе извержений. Так, на фотографии, полученной во время сближения "Галилея" с Европой 16 декабря 1997 года, зафиксирован конус настоящего вулкана, названного Пвилл, с кратером диаметром 26 километров. Этот вулкан считают достаточно молодым. Стены его кратера, по всей видимости, состоят из льда, хотя не исключается и наличие в них горных пород и застывшей лавы. Благодаря вулканам вода подлёдного океана Европы нагревается и в неограниченных количествах получает минеральные вещества. О том, что их содержание в океане действительно велико, свидетельствует наличие у Европы магнитного поля. Только большие концентрации заряженных веществ в воде (в первую очередь солей) могут поддерживать такое поле. По одной модели, для его создания достаточно одного движения соленой воды в океане, по другой - существенный вклад в формирование поля вносит колоссальное по мощности магнитное поле самого Юпитера, поляризующего океан Европы.

Под океаном, исходя из средней плотности, должны быть силикаты. Толщина коры по различным оценкам колеблется от единиц до десятков километров. Гравитационные измерения подтвердили дифференциацию тела Европы: металлическое ядро и водно-ледяной покров толщиной около 100 км. Расчеты теплового баланса в приповерхностных слоях планеты пока еще не дают окончательного ответа на вопрос об агрегатном состоянии воды. Значительную неопределенность вносит отсутствие точных данных о реологии льда и зависимости его теплопроводности от температуры. Однако очевидно, что теплоизолирующий ледяной покров мог бы обеспечить стабильность водного океана.

На снимках высокого разрешения, полученных КА "Галилей" видны отдельные поля неправильной формы с вытянутыми параллельными хребтами и долинами, напоминающими шоссейные дороги. В ряде мест видны темные пятна, являющиеся, скорее всего отложениями вещества, принесенными из под ледяной поверхности. Поскольку кратеров на Европе, имеющей довольно гладкую поверхность, очень мало, возраст этой оранжево-коричневой поверхности оценивается в сотни тысяч и миллионы лет.

Летом 1995 г. с помощью спектрографа высокого разрешения, установленного на Космическом телескопе им. Хаббла, в ультрафиолетовой части спектра Европы были обнаружены детали, свойственные молекулярному кислороду. На этом основании был сделан вывод о наличии у Европы кислородной атмосферы, простирающейся до высот около 200 км. Конечно, общая масса этой газовой оболочки ничтожна. По оценкам, давление атмосферы у поверхности Европы составляет всего лишь 10-11 от давления земной атмосферы. С большой вероятностью кислород на Европе имеет небиологическое происхождение. По-видимому, существует процесс испарения незначительного количества водяного льда, которым, как упоминалось выше, покрыта поверхность Европы. Вероятной причиной может быть, например, микрометеоритная бомбардировка с последующим разложением молекул водного пара и потерей более легкого водорода. При температуре поверхности Европы около 130 К тепловые скорости молекул кислорода не столь велики, чтобы привести к быстрой диссипации газа, а постоянная подпитка парами воды способствует сохранению постоянной, хотя и сильно разреженной, атмосферы юпитерианского спутника.

Элизабетта Пьераццо (Elizabetta Pierazzo) из Университета Аризоны (University of Arizona) и Крис Чиба (Chris Chiba) из института, занимающегося поисками внеземной цивилизации, так называемого SETI (Search of ExtraTerrestrial Intelligence) в Калифорнии, располагая новейшими снимками искусственного спутника Галилео, подсчитали количество столкновений Европы с кометами с момента ее образования. Как пишет New Scientist, допуская, что обнаруженные аппаратурой кратеры возникли от удара кометы, подобной комете Галлея, ученые пришли к выводу, что на поверхность Европы попало от 1 до 10 миллиардов тонн углерода, а также миллиарды тонн азота и серы. Микроорганизмы океана Европы, если они были, должны бы от такого количества углерода размножиться до уровня, приближающегося к 1 проценту бактериального населения всех океанов нашей планеты.

ГАНИМЕД

Самый крупный спутник , не только в системе Юпитера, но и во всей солнечной системе - Ганимед имеет больший размер чем Меркурий. Его диаметр 5262 км, однако средняя плотность лишь вдвое превосходит плотность воды, поэтому около 50% его массы должно приходиться на лед.

Множество кратеров, покрывающих участки темно-коричневого цвета, свидетельствуют об их древнем возрасте в 3-4 млрд. лет. Более молодые участки покрыты системами параллельных борозд, сформированных более светлым материалом под действием растяжения ледяной коры. Глубина этих борозд - несколько сотен метров, ширина - десятки километров, а протяженность может доходить до нескольких тысяч километров. У некоторых кратеров Ганимеда встречаются не только светлые лучевые системы,                  но иногда и темные

Поначалу считали, что жидкой воды на Ганимеде нет, но анализ последних фотографий показал: на спутнике возможны подземные водохранилища, расположенные на глубине нескольких километров от поверхности. На фотографиях видны гигантские ледяные кратеры, через которые и должны выбрасываться подземные воды. Вода, оказавшись на холодной поверхности спутника, замерзает в виде вулкано-образных ледяных конусов.

Роберт Паппалардо, авторитетный исследователь Ганимеда, считает: в экваториальных областях спутника верхний слой пород выглядит, как пористая губка, сплошь покрытая шапками ледяных вулканов. В этих подземных водных бассейнах довольно тепло и вполне может быть жизнь. Во-первых, на Ганимеде, так же, как и на Европе, отмечена вулканическая активность; во-вторых, спутник согревается Юпитером; в-третьих, в центре Ганимеда расположено колоссальное по размерам раскаленное металлическое ядро (у Европы его нет). Следовательно, на Ганимеде может быть даже теплее, чем на Европе. Благодаря металлическому ядру у Ганимеда очень сильное магнитное поле, без которого, по мнению некоторых биофизиков, живое существовать не может. Магнитное поле создаёт Ганимеду изумительную по красоте ауру, образованную потоками заряженных частиц, устремленных от одного полюса к другому. Эту ауру открыли еще шестнадцать лет назад. Никакой другой спутник Солнечной системы аурой не располагает, она есть только у некоторых планет - Земли, Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Итак, на Ганимеде есть и вода, и вулканы, и магнитное поле. Напомним, что на нашей планете микроорганизмы обнаружены в таких неподходящих для жизни местах, как подземные глубины (до 3-4 километров), жерла подводных вулканов (где температура близка к точке кипения воды) и даже в тверди базальта и гранита. Не исключено, что сходные с ними по устойчивости и неприхотливости живые существа населяют и юпитерианские луны.

Озон, обнаруженный на Ганимеде с помощью спектрографа высокого разрешения, установленного на Космическом телескопе им. Хаббла, скорее всего имеет аналогичное  происхождение кислороду Европы. Общая масса озона в предполагаемой кислородной атмосфере Ганимеда составляет не более 10% массы этого газа, ежегодно теряемой над южным полюсом Земли в области антарктической озонной дыры.

КАЛЛИСТО

Диаметр Каллисто 4800 км. В отличие от Ио, Европы и Ганимеда, он почти сплошь усеян кратерами, по-видимому, от ударов с небесными телами; собственного вулканизма или тектонической активности там, похоже, нет. Яркие пятна на темной поверхности - метеоритные кратеры, при образовании которых более светлый материал был выброшен на поверхность.  Кратеры на Каллисто имеют слабо выраженный вал и небольшую глубину. Температура поверхности на экваторе в полдень достигает 150° К. Возраст поверхности оценивается в 3,5 млрд. лет. На ней нет протяженных равнин или систем борозд

Исходя из  средней плотности Каллисто-1,839 г/см3 и спектрографических исследований предполагается, что водяной лед составляет 60% его массы. Толщина ледяной коры, как и у Ганимеда, оценивается в 75 км. По всей видимости, у Каллисто есть атмосфера, хотя и очень разреженная. Отличительной формой рельефа на Каллисто является многокольцевая структура диаметром 2600 км, состоящая из 10 концентрических колец. У спутника обнаружено собственное дипольное магнитное поле. Однако электропроводность льда, для его создания слишком мала, а гипотетическое металлическое ядро запрятано слишком глубоко. Должной проводимостью мог бы обладать внутренний океан глубиной 10 км, при условии, что его воды не менее солены, чем в земных океанах. Впрочем, если он действительно существует, придется изменить представление о вязкости льдов на Каллисто или же предположить, что в океане растворен некий антифриз. Лучшим кандидатом в последнем случае был бы аммиак, снижающий температуру замерзания воды примерно на 100 К.

В результате изучения галилеевых спутников высказана интересная гипотеза о том, что на ранних стадиях эволюции планеты-гиганты излучали в космос огромные потоки тепла, которое могло плавить льды на поверхности трех ближайших спутников. На Каллисто это не могло проявиться, поскольку он удален от Юпитера на 2 млн. км.

Другие спутники.

Вокруг Юпитера, по данным на май 2002-го года  обращаются 39 спутников, обращённых к нему, из-за действия приливных сил всегда одной стороной. Их можно разделить на две группы внутреннюю, включающие по 8 спутников, и внешнюю. Спутники внутренней группы обращаются почти по круговым орбитам, практически совпадающим с плоскостью экватора планеты. Четыре самых близких к планете спутника Адрастея, Метида, Амальтея и Теба диаметром от 40 до 270 км находятся в пределах 1-3 радиусов Юпитера и резко отличаются по размерам от следующих за ними 4 спутников, расположенных на расстоянии от 6 до 26 радиусов Юпитера и имеющих размеры, близкие к Луне. Они были открыты в самом начале семнадцатого века почти одновременно Симоном Марием и Галилеем, но принято их называть галилеевыми спутниками Юпитера, хотя первые таблицы движения этих спутников Ио, Европы, Ганимеда и Каллисто составил Марий.

Внешняя группа состоит из маленьких диаметром от 10 до 180 км спутников, движущихся по вытянутым и сильно наклоненным к экватору Юпитера орбитам, причем четыре более близких к Юпитеру спутника Леда, Гималия, Лиситея, Элара движутся по своим орбитам в ту же сторону, что и Юпитер, а четыре самых внешних спутника Ананке, Карме, Пасифе и Синопе движутся в обратном направлении.

Ещё по 11 спутников было открыто группой астрономов из Астрономического института Гавайского университета в конце 2000-го  ( диаметром 4-12 км - S/2000 J1 до S/2000 J11) и  2001-го годов ( диаметром от 2 до 4 км. S/2001 J1 до S/2001 J11). Оценки размеров получены в предположении, что их альбедо (отражательная способность поверхности) составляет 4%. Блеск спутников составляет от 22 до 23m .Все они обращаются по заметно вытянутым эллиптическим орбитам с эксцентриситетом от 0,16 до 0,48, Направление орбитального движения всех новых спутников обратное (то есть они обращаются в направлении, противоположном движению планет вокруг Солнца и крупных спутников вокруг Юпитера). Орбиты сильно наклонены к плоскости эклиптики - от 15 до 38 градусов. Периоды обращения составляют от 534 до 753 суток, большие полуоси орбит - от 19 до 24 млн км.

Считается, что спутники с обратным направлением движения не могли образоваться в ходе конденсации планет, и, по всей видимости, были захвачены Юпитером на ранних этапах его эволюции. Однако Юпитеру, как и другим планетам довольно сложно захватить астероид, пролетающий мимо по гелиоцентрической орбите. Для этого необходимо, чтобы во время сближения астероид каким-то образом потерял часть своей энергии. Каким образом астероид может потерять часть энергии на сегодня не ясно. В настоящее время таких механизмов просто не существует.

Авторы открытия допускают возможность, что на ранних стадиях эволюции молодой Юпитер обладал огромной атмосферой, которая простиралась далеко за пределы нынешнего облачного слоя. Трение при движении сквозь такую атмосферу могло бы стать причиной захвата астероидов. Однако для того, чтобы захваченные астероиды, продолжая терять скорость, не упали на планету протяженная атмосфера должна существовать лишь в течение довольно короткого времени. Хотя подобное объяснение выглядит не слишком убедительно, другого пока нет.

Все параметры вновь открытых спутникам можно посмотреть на странице http://www.ifa.hawaii.edu/~sheppard/satellites/tab.html,

а данные по остальным спутникам Юпитера на странице http://www.ifa.hawaii.edu/~sheppard/satellites/jupsatdata.html.

 

Уран и Нептун          Главная          Юпитер и Сатурн     Кометы

Опрос: Понравился ли Вам сайт?