Крупный спутник юпитера проявляющий вулканическую активность. Спутник Юпитера Ио – самый беспокойный объект Солнечный системы
Многие любопытные факты, истории, тайны космоса и непознанное постоянно окружают нас. Это всегда интересно как с научной точки зрения, так и со стороны обывателя. Однако если некоторые космические объекты интересны сами по себе в качестве внеземных образований, то существуют и другие, по-настоящему уникальные объекты, поведение и природа которых действительно необычны. К таким небесным телам можно смело отнести спутник Ио — один из четырех самых крупных спутников Юпитера.
Вулканический ад, космическая преисподняя, адская топка – все эти эпитеты относятся к спутнику, носящему кроткое женское имя Ио, взятое из древнегреческой мифологии.
За обычным кроется необычное
Спутник Ио, как и три других крупнейших спутника Юпитера , был открыт в 1610 году. Открытие приписывают Галилео Галилею, однако у великого ученого был соавтор. Им стал немецкий астроном Симон Мариус, также сумевший обнаружить спутники Юпитера. Несмотря на то, что мировая наука отдала пальму первенства открытия Галилею, именно с подачи Мариуса вновь открытые небесные тела получили свои название: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. Немец настаивал на том, что вся космическая свита Юпитера должна тоже носить мифические имена.
Названия спутникам давались в соответствии с расстановкой. Первому, самому ближайшему к Юпитеру спутнику из всей четверки, дали название в честь Ио — тайной возлюбленной громовержца Зевса. Такое сочетание оказалось неслучайным. Подобно древнему мифу, в котором красавица Ио всегда находилась под влиянием своего господина, в действительности планета-гигант постоянно довлеет над своим ближайшим спутником. Огромное гравитационное силовое поле Юпитера наделило спутник секретом вечной молодости — повышенной геологической активностью.
Отсутствие мощных оптических приборов долгое время не позволяло близко увидеть далекий спутник. Только в начале XX века новые мощные телескопы сделали возможным видеть удивительные процессы, происходящие на поверхности Ио.
Спутник представляет собой шарообразное тело, слегка приплюснутое на полюсах. Это хорошо заметно в разнице экваториального и полюсного радиуса — 1830 км. против 1817 км. Такая необычная форма объясняется постоянным воздействием на спутник гравитационных сил Юпитера и двух других соседних спутников Европы и Ганимеда. Крупным размерам соответствует масса и достаточно высокая плотность первого из четырех галилеевых спутников. Так масса объекта составляет 8.94 x 10 ²² кг. при средней плотности 3,55 г/м³, которая немногим меньше чем у Марса .
Плотность других спутников Юпитера, несмотря на довольно крупные размеры, уменьшается по мере удаленности от материнской планеты. Так у Ганимеда средняя плотность составляет 1,93 г/м³, а у Каллисто этот показатель равняется 1,83 г/м³.
Первый из знаменитой четверки имеет следующие астрофизические характеристики:
- период обращения вокруг материнской планеты составляет 1,77 суток;
- период вращения вокруг собственной оси равен 1,769 суток;
- в перигелии Ио приближается к Юпитеру на расстояние 422 тыс. км;
- апогелий спутника составляет 423400 км;
- небесное тело несется по эллиптической орбите со скоростью 17,34 км/с.
Следует отметить, что у спутника Ио совпадают и период обращения, и период вращения, поэтому небесное тело всегда повернуто к своему хозяину одной стороной. В таком положении участь спутника не видна. Желто-зеленая ядовитая Ио совершает свой бег вокруг Юпитера, буквально цепляя верхнюю кромку атмосферы гигантской планеты на высоте 350-370 тыс. км. Действуют на спутник Ио и его соседи, периодически сближаясь с ним, так как орбиты трех спутников — Ио, Европы и Ганимеда — пребывают в орбитальном резонансе.
В чем главная особенность Ио?
Человечество привыкло к мысли, что Земля — единственное космическое тело Солнечной системы, которое можно назвать живым организмом, у которого имеется бурная геологическая биография. На деле оказалось, что помимо нас существует в Солнечной системе Ио — спутник Юпитера, который можно назвать самым вулканически активным объектом ближнего космоса. Поверхность спутника Ио постоянно подвергается воздействию активных геологических процессов, меняющих его облик. По интенсивности вулканических извержений, по силе и мощности выбросов, ядовито, желто-зеленая Ио опережает Землю . Это, своего рода, постоянно кипящий и бурлящий котел, приютившийся под боком у самой крупной планеты Солнечной системы.
Для столь малого по размерам небесного тела такая геологическая активность – явление несвойственное. В основной своей массе естественные спутники Солнечной системы — устойчивые образования планетарного типа, период геологической активности которых завершился много миллионов лет назад или находится в завершающей стадии. В отличие от других галилеевых спутников Юпитера, сама природа определила судьбу Ио, разместив его в непосредственном соседстве с материнской планетой. Размер Ио примерно равен размерам нашей Луны. Диаметр юпитерианского спутника составляет 3660 км, на 184 км. больше чем диаметр Луны .
Активный вулканизм на спутнике Ио — это постоянно продолжающийся геологический процесс, не связанный ни с возрастом небесного тела, ни с особенностями его внутренней структуры. Геологическая активность на спутнике вызвана наличием собственного тепла, которое рождается в результате действия кинетической энергии.
Секреты вулканизма Ио
Главный секрет вулканической активности спутника Юпитера заключается в его природе, которая вызвана действием приливных сил. Выше уже говорилось о том, что на прекрасную желто-зеленую пленницу одновременно действуют гигантский газовый гигант Юпитер и два других спутника – великана Европа и Ганимед. Из-за близкого соседства к материнской планете поверхность Ио искажает приливной горб, высота которого достигает нескольких километров. Незначительный эксцентриситет Ио подвергается влиянию соседей сестер Ио — Европы и Ганимеда. Все вместе приводит к тому, что приливной горб кочует по поверхности спутника, вызывая деформацию коры. Деформация коры, толщина которой не более 20-30 км., носит пульсирующий характер и сопровождается колоссальным выделением внутренней энергии.
Под влиянием подобных процессов недра спутницы Юпитера разогреваются до высоких температур, превращаясь в расплавленную субстанцию. Высокие температуры и огромное давление приводит к извержению расплавленной мантии на поверхность.
В настоящее время ученым удалось вычислить интенсивность и силу теплового потока, возникающего на Ио под воздействием приливных сил. В наиболее горячих областях спутника генерация тепловой энергии составляет 108 МВт, что в десятки раз больше, чем вырабатывают все энергетические объекты нашей планеты.
Основными продуктами извержений являются сернистый газ и пары серы. О мощности выбросов говорят следующие цифры:
- скорость газообразного выброса составляет 1000 км в секунду;
- газовые султаны могут достигать высоты в 200-300 км.
Ежесекундно из недр спутника извергается до 100 тыс. тонн вулканического материала, которого было бы достаточно, чтобы за миллионы лет покрыть поверхность спутника десятиметровым слоем вулканической породы. Лава растекается по поверхности, а довершают формирование рельефа красавицы осадочные породы. В связи с этим на Ио представлены только кратеры вулканического происхождения. О меняющемся рельефе свидетельствуют светлые и темные пятна, которыми с завидным постоянством покрывается поверхность спутника. По мнению ученых темные пятна вероятно всего являются кальдерами вулканов, руслами лавовых рек и следов разломов.
Изучение поверхности спутника Ио
Первые данные об Ио были получены во время полета автоматического зонда «Пионер-10», который еще в 1973 году предоставил информацию об ионосфере юпитерианского спутника. Впоследствии изучение далекого объекта продолжились с помощью АМС «Галилео». Сегодня уже с уверенностью можно сказать, атмосфера Ио тонкая и постоянно находится под воздействием Юпитера. Планета-гигант словно облизывает свою спутницу, снимая с нее воздушно-газовый слой.
По своему составу атмосфера желто-зеленого небесного тела практически однородна. Основной компонент — диоксид серы — продукт постоянных вулканических выбросов. В отличие от земного вулканизма, где вулканические выбросы содержат водяные пары, Ио представляет собой фабрику по производству серы. Отсюда и характерный желтоватый оттенок планетарного диска спутника. Как таковая, атмосфера у этого небесного тела имеет ничтожную плотность. Большая часть продуктов вулканических выбросов попадает сразу на огромную высоту, формируя ионосферу спутника.
Что касается рельефа поверхности юпитерианского спутника, то она подвижна и постоянно меняется. Об этом свидетельствует сравнение снимков, полученных в разное время с борта двух космических зондов «Вояджер-1» и «Вояджер-2», пролетавших в 1979 году рядом с Ио с разницей в четыре месяца. Сравнение снимков позволило зафиксировать изменения ландшафта спутника. Процессы извержения продолжались практически с той же интенсивностью. Спустя 16 лет, во время миссии АМС «Галилео» были выявлены кардинальные изменения рельефа спутника. На свежих снимках ранее исследуемых областей были отмечены новые вулканы. Изменились масштабы и лавовых потоков.
Более поздние исследования позволили измерять температуру на поверхности объекта, которая в среднем варьируется в пределах 130-140⁰С ниже нуля. Однако есть на Ио и горячие области, где температура колеблется в пределах от нуля до 100 градусов со знаком плюс. Как правило, это области остывающей лавы, растекающейся после очередного извержения. В патерах вулканов температура может достигать отметок +300-400⁰ С. Имеющиеся на поверхности спутника небольшие по площади озера раскаленной лавы, представляют собой кипящие котлы, в которых температура поднимается до отметки 1000 градусов Цельсия. Что касается самих вулканов — визитной карточки спутника Юпитера, то их можно условно разделить на два типа:
- первые представляют собой небольшие, молодые образования, высота выбросов составляет 100 км, при скорости газового выброса 500 м/с;
- второй тип – это вулканы, которые являются очень горячими. Высота выбросов во время извержений варьируется в пределах 200-300 км, а скорость выброса составляет 1000 м/с.
Ко второму типу относятся наиболее крупные и старые вулканы Ио: Пеле, Сурт и Атен. Любопытен для ученых такой объект, как патера Локи. Судя по снимкам, полученным с борта АМС «Галилео», образование представляет собой естественный резервуар, заполненный жидкой серой. Диаметр этого котла составляет 250-300 км. Размеры патеры и окружающий ее рельеф свидетельствуют о том, что во время извержения здесь наступает настоящий апокалипсис. Мощность извергающегося Локи превышает мощность извержений всех действующих вулканов Земли.
Интенсивность вулканизма Ио прекрасно характеризует поведение вулкана Прометей. Этот объект продолжает беспрерывно извергаться на протяжении 20 лет с момента начала фиксации процессов. Не перестает течь лава из кратера другого вулкана Ио — Амирани.
Исследования самого вулканически активного объекта Солнечной системы
Самый значительный вклад в изучение первого из галилеевых спутников внесли результаты миссии АМС «Галилео». Космический аппарат, достигнув области Юпитера, стал искусственным спутником красавицы Ио. В таком положении съемка поверхности спутника Юпитера велась во время каждого орбитального полета. Аппарат совершил 35 витков вокруг этого горячего объекта. Ценность полученной информации заставила ученых из НАСА продлить миссию зонда еще на три года.
Траектория полета «Галилео»
Добавил важной информации для ученых полет зонда «Кассини», который по дороге к Сатурну сумел сделать несколько фотографий желто-зеленого спутника. Исследуя спутник в инфракрасном и в ультрафиолетовом диапазоне, зонд «Кассини» предоставил ученым из НАСА данные о составе ионосферы, о плазменном торе далекого небесного тела.
Космический зонд «Галилео» выполнив свою миссию, сгорел в сентябре 2003 года в горячих объятиях атмосферы Юпитера. Дальнейшее изучение любопытнейшего объекта Солнечной системы велись с помощью земным телескопов и при помощи наблюдений с борта орбитального телескопа «Хаббл».
Полет «Новых горизонтов»
Свежая информация о спутнике Ио стала поступать только после того, как автоматический зонд «Новые горизонты» в 2007 году достиг этой области Солнечной системы . Итогом этой работы стали снимки, подтвердившие версию о бесконечно продолжающихся вулканических процессах, меняющих облик этого далекого небесного тела.
Большие надежды на последующее изучение спутника Ио связаны с полетом нового космического зонда «Юнона», отправившегося в далекое путешествие в августе 2011 года. Сегодня этот корабль уже достиг орбиты Ио и стал его искусственным спутником. Компанию АМС «Юнона» по изучению космоса вокруг Юпитера, должна составить целая флотилия автоматических зондов:
- «Jupiter Europa Orbiter» (NASA);
- «Jupiter Ganymede Orbiter» (ESA — Европейское космическое агентство);
- «Jupiter Magnetospheric Orbiter» (JAXA — японское космическое агентство);
- «Jupiter Europa Lander» (Роскосмос).
Полет «Юноны»
Исследования вулканизма Ио продолжают интересовать ученых, однако общий интерес к этому космическому объекту немного ослаб. Связано это с тем, что практическая сторона изучения спутника Юпитера имеет мало общего с планами землян по поводу освоения космического пространства. Гораздо интереснее в этом плане выглядят другие космические объекты, находящие в сфере влияния Юпитера и Сатурна. Изучение поведения Ио дает ученым информацию о существующих в космосе естественных механизмах. Станет ли полезной информация о самом вулканически активном объекте Солнечной системы, покажет время. В данный момент прикладной аспект изучения спутника Юпитера Ио не рассматривается.
Ио — по имени возлюбленной Зевса — называется один из галилеевых спутников, самый близкий к планете-гиганту Юпитеру. Название спутнику было присвоено С. Мариусом в 1614 г. Это тело занимает среди остальных больших спутников третье место, превосходя по размеру Европу.
Диаметр Ио равняется 3630 км, т.е. составляет 1,04 лунного. Размеры юпитерианской луны сопоставимы с размерами земной. Однако масса превышает лунную в 1,21 раза, достигая 88 935 квадриллионов т. Блеск уступает блеску прочих галилеевых спутников, за исключением Ганимеда.
Ио всегда повернута одной стороной к планете, точно так же, как Луна к Земле. Это объясняется тем, что скорость оборота Ио вокруг оси равна скорости оборота вокруг Юпитера. Расстояние между планетой и спутником составляет 421,6 тыс. км, остальные галилеевы спутники расположены гораздо дальше от Юпитера.
У Ио есть и другой рекорд: поскольку она была открыта одной из первых и оказалась на тот момент ближайшей к планете, то получила порядковый номер I (Европа, Ганимед и Каллисто соответственно II, III, IV). Одновременно с тем действительно ближайшие спутники естественные Юпитера Метида и Адрастея носят номера XVI и XIV.
Рельеф этого спутника необычайно сложен в сравнении с поверхностью прочих: широкие долины с крутыми откосами и эскарпами (крутыми уступами), холмами и впадинами, многочисленные вулканические кальдеры, высокие — до 10 км — горы в северном полушарии.
Поверхность Ио сформировалась около 1 миллиона лет назад и является очень молодой в геологическом плане. Об этом свидетельствует полное отсутствие ударных кратеров с диаметром больше 2 км. Кроме того, это подтверждает высокая вулканическая активность недр спутника.
Ио является единственным в пределах Солнечной системы вулканически активным спутником. Фотосъемка «Вояджеров» обнаружила на поверхности объекта более ста кальдер (отверстий вулканических кратеров) диаметром от 200 км, т.е. на несколько порядков превосходящих земные. Космические аппараты зафиксировали работу семи вулканов, про которые с полной уверенностью можно сказать, что они действующие.
Первый из аппаратов, приблизившихся к Ио, наблюдал работу всех семи вулканов, к моменту подлета второго аппарата извержение одной из огненных гор завершилось. Пленка зафиксировала выбросы из жерл окраинного вулкана изверженного материала на высоту 200 км. Вулкан исторгал вещество, придавая ему скорость 1 км/с, чего не наблюдается на Земле. По химическому составу газы и частички вулканического выброса представлены в основном сероводородом и сернистым ангидридом. Это характерно и для земных извержений.
Скорее всего, на Ио сера служит главным элементом в химической эволюции планеты. Существует версия, что на Ио жидкая магма почти не прорывается на поверхность твердой силикатной коры спутника, поскольку вступает в реакцию с серными морями. Последние представляют собой подкорковые запасы жидкой серы. Именно она выбрасывается под давлением на поверхность спутника, прорывая его тонкую молодую кору. Эта сера скапливается на планете слоями толщиной от 3 - 5 в среднем до 30 км максимум. Облик планеты ярко раскрашен соединениями серы. Красные, пурпурные и желтые пятна образовались из сконденсированных паров чистой серы, черные — из насыщенного серой вулканического пепла, белые — из кристаллов сернистого ангидрида, называемых серным снегом.
Планета Юпитер имеет достаточно большое количество спутников – их у нее 67, самые крупные из которых – это Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. Помимо этого у юпитера имеются, так называемые кольца, которыми планета окружена по направлению, перпендикулярно экватору, на расстоянии 55 тыс. км от атмосферы. Диаметр колец 250 тыс. км.
Если о существовании колец у Сатурна было известно еще с 1655 годов, то у Юпитера кольца были открыты в марте 1979 года во время изучения планеты космическим аппаратом "Вояджером-1" и затем "Вояджером-2". Обнаружены они были на снимках, полученных с этих аппаратов. Кольца Юпитера тонкие и находятся на расстоянии 55 000 км от верхних облаков над поверхностью планеты. Состоят кольца в основном изо льда и небольших каменистых объектов. Кольца Юпитера практически невидно из-за крайне незначительного отражения солнечного света. Система колец состоит из 3 компонентов: первое яркое и круглое кольцо, затем утончение у краев - это второй компонент и третий компонент - широкое гало, которое окружает над и под плоскостью двух других колец.
У Юпитера, больше чем у другой планеты в Солнечной Системе было открыто 67 спутников, некоторые остаются под вопросом или считаются потерянными, как S/2000 J 11 обнаруженный в 2011 году, но потерянный из виду. наиболее крупные спутники открыл еще в 1610 году Галилео Галилей, это Ио, Ганимед, Европа и Каллисто. Вот их некоторые характеристики:
Крупные спутники Юпитера
Спутник Ио (радиус 1815 км.) характеризуется самым близким расположением к Юпитеру, так как находится на расстоянии в 422 тыс. км. Период его обращения 42,5 часа – по продолжительности это меньше лунного месяца. Спутник Ио имеет необыкновенный по красоте гористый пейзаж, где бушуют вулканы, извергая потоки раскаленной лавы. Одно из таких извержений зафиксировал аппарат "Галилео", изучавший спутник.
Ганимед является самым крупным спутником среди всех планет в Солнечной системе - 2631 км в радиусе. Его диаметр разве, что меньше диаметра спутника Титана у Сатурна и Тритона у Нептуна. Поверхность Ганимеда покрыта льдом толщиной свыше 100 километров. Ученые предполагают наличие воды с грязью под толстым слоем ледяного покрытия.
Европа является самым молодым спутником Юпитера – всего 100 млн. лет, а ее радиус 1569 км. Внешне на снимках, полученных с межпланетного аппарата "Галилео" спутник выглядит, как бильярдный шар, он покрыт толстым слоем льда, а разломы, трещины похожие на айсберги дают возможность ученым предполагать, что подо льдом существует таинственный подводный океан.
И, наконец, Каллисто, который находится на самом дальнем расстоянии от Юпитера - 1,88 млн. км. и имеет радиус в 2,4 тыс.км. Это старейшина Солнечной системы, ведь его многочисленные кратеры, а также неизменяемый ландшафт поверхности за последние миллиард лет, говорят о том, что это самый древний объект во всей Солнечной Системе.
Строение и поверхность
Что касается строения и поверхности спутников, то на сегодняшний день известно следующее:
- Спутник Ио, а вернее его поверхность исполосована протяженными потоками вулканических выбросов, а также она достаточно сильно нагревается во время вулканических извержений.
- Европу покрывает слой льда, который в некоторых местах имеет серьезные сколы, в которых можно наблюдать отдельные глыбы льда. Данный факт говорит о том, что подо льдом имеется жидкий океан с относительно более высокой температурой.
- Спутник Ганимед очень похож на Луну, и на его поверхности можно наблюдать сетку пересекающихся линий неправильной формы. На его поверхности множество кратеров, окруженных гладкими участками рельефа.
- Каллисто, как и спутник Европа, покрывает слой льда, а также множество кратеров, и кольцеобразных аномалий.
Интересные факты и изучение спутников планеты
- Спутник Ганимед отличается значительным диаметром, который превышает диаметр Меркурия.
- Учеными был подтвержден факт о том, что под поверхностью Европы находится глобальный океан, а относительно другого спутника - Ио известно, что на его поверхности действуют самые мощные вулканы, а их лава представляет собой базальтовую сернистую массу.
- Каллисто считается самым кратерированным телом, однако, так как его поверхность достаточно старая, порядка 4 млрд. лет, его активность, с геологической точки зрения крайне низкая.
Части материала о спутниках, их было всего три - Луна у Земли и два спутника Марса. Сегодня мы говорим о спутниках всего одной планеты, но количество спутников у планеты просто невероятное.
Юпитер занимает особое место в Солнечной системе, ведь он практически в два с половиной раза больше, чем все планеты вместе взятые. Юпитер настолько массивен, что их общий с Солнцем центр масс лежит над поверхностью Солнца.
Общий центр масс Юпитера с Солнцем указан точкой
У Юпитера очень мощное радиационное излучение, в Солнечной системе уровень выше только у Солнца. В сравнении с другими планетами вокруг него вращается огромное количество спутников.
Благодаря наземным наблюдениям системы Юпитера к концу 70-х годов было известно тринадцать спутников. В 1979 году, совершая пролёт мимо Юпитера, космический аппарат «Вояджер-1» обнаружил ещё три спутника. В дальнейшем с помощью наземных телескопов нового поколения был открыт ещё 51 спутник Юпитера.
Подавляющее большинство спутников имеют диаметр в 2–4 километра. Учёные предполагают, что спутников у Юпитера не меньше ста, но, как уже сказано, на сегодняшний день зарегистрировано 67, а хорошо изучено 63.
Спутники Юпитера разделяют на три группы: галилеевы, внутренние и внешние. Начнём с галилеевых.
Галилеевы спутники
Четыре самых крупных спутника - Ио, Европа, Ганимед и Каллисто открыл Галилео Галилей в 1610 году, и поэтому сейчас они носят название «галилеевых». Эти спутники образовались из газа и пыли, которые окружали Юпитер после его формирования.
Галилеевы спутники Юпитера. Слева направо, в порядке удаления от Юпитера: Ио, Европа, Ганимед, Каллисто
Сравнение размеров. В верхнем ряду, слева направо, в порядке удаления от Юпитера: Ио, Европа, Ганимед, Каллисто. Внизу Земля и Луна
Ио
Ио - пятый по счёту спутник Юпитера, является самым вулканическим активным телом в Солнечной системе. Его возраст составляет четыре с половиной миллиарда лет; примерно такого же возраста Юпитер. Спутник всегда повёрнут к своей планете одной стороной. Расстояние от поверхности Юпитера до Ио составляет 350 тысяч километров. Его диаметр равен 3642 километрам - чуть больше чем у Луны (3474 километра). Он является четвёртым по величине спутником в Солнечной системе.
Вулканическая активность на спутниках - крайне редкое явление в Солнечной системе и Ио в нашей системе несомненный фаворит по данному показателю. Он входит в число четырёх известных в настоящее время космических тел Солнечной системы, на которых идут процессы вулканической активности. Помимо него: Земля, Тритон (спутник Нептуна) и Энцелад (спутник Сатурна). Также в вулканизме «подозревается» Венера (область Бета), однако активных вулканов на ней пока замечено не было.
Извержения на Ио гигантские, их хорошо заметно из космоса. Вулканы извергают серу на высоту в триста километров. На поверхности спутника отчётливо видно множество лавовых потоков и свыше ста кальдер, но отсутствуют ударные кратеры; вся поверхность покрыта серой в различных красочных формах. Атмосфера спутника Ио содержит в основном диоксид серы, это связанно с высокой вулканической активностью.
Анимация извержения в патерах Тваштара, составленная из пяти снимков, сделанных космическим аппаратом «Новые горизонты» в 2007 году
Из-за близости к Юпитеру на спутник действуют огромные гравитационные силы планеты, что вызывает приливные силы, создающие огромное трение внутри спутника, поэтому происходит разогрев, как недр Ио, так и его поверхности. Гравитационные силы планеты постоянно вытягивают и деформируют спутник. Некоторые части спутника нагреты до трёхсот градусов Цельсия; также на Ио обнаружено двенадцать вулканов, извергающих магму на высоту до трёхсот километров.
Извержение вулкана Пеле на Ио, снятое космическим аппаратом «Вояджер-2»
Кроме Юпитера на Ио действуют силы притяжения других спутников - Ганимеда и Европы. Основное влияние оказывает спутник Европа, обеспечивая его дополнительный разогрев. В отличие от земных вулканов, имеющих долгое время «сна» и относительно короткий период извержений, вулканы раскалённого спутника всегда активны. Постоянно вытекающая расплавленная магма образует реки и озёра. Самое крупное расплавленное озеро имеет в диаметре двадцать километров и в нём есть остров застывшей серы.
Движение Ио сквозь магнитосферу Юпитера вырабатывает мощное электричество, вызывающее сильнейшие грозы в верхней части атмосферы Юпитера. Но не только Юпитеру плохо от их взаимодействия - его мощные магнитные пояса каждую секунду забирают от Ио 1000 килограммов веществ. Это дополнительно усиливает магнитосферу Юпитера, фактически увеличивая её размеры в два раза.
Европа
Европа шестой по удалённости от Юпитера спутник. Его поверхность покрыта слоем льда, учёные полагают, что под ним существует жидкий океан. Европа возрастом около четырёх с половиной миллиарда лет - примерно того же возраста, что и Юпитер.
Поскольку поверхность спутника молодая (примерно сто миллионов лет), на ней почти нет метеоритных кратеров, которые в большом количестве возникали 4,5 млрд лет назад. Учёными было найдено всего пять кратеров на поверхности Европы, их диаметр составляет 10–30 километров.
Орбитальное расстояние Европы от Юпитера равно 670 900 километрам. Спутник повёрнут к планете всё время одной стороной, диаметр его равен 3100 километрам, следовательно, Европа меньше Луны, но больше, чем Плутон. Температура поверхности Европы на экваторе никогда не поднимается выше минус 160 градусов Цельсия, а на полюсах выше минус 220 градусов Цельсия.
Две модели структуры Европы
Учёные предполагают, что глубоко под поверхностью спутника существует океан, и что в этом океане могут быть обнаружены формы жизни. Они могут существовать благодаря термальным источникам рядом с подземными вулканами, так же, как и на Земле. Количество воды на Европе больше в два раза, чем на нашей планете.
Колебания формы Европы, связанные с приливами, заставляющие её, то вытягиваться, то вновь скругляться
Поверхность спутника покрыта трещинами. Многие считают, что это вызвано приливными силами на берегу океана под поверхностью. Вполне возможно, что вода подо льдом поднимается выше, чем обычно, когда спутник подходит близко к Юпитеру. И если это так, то постоянные подъёмы и опускания уровня воды вызвали множество трещин, наблюдаемых на поверхности. Многие учёные считают, что океан под поверхностью иногда прорывается, через трещины (как лава из вулкана), а затем замерзает. Айсберги, наблюдаемые на поверхности спутника Европы, могут быть доказательством этой теории.
Европа является одним из самых гладких тел в Солнечной системе - на ней нет возвышенностей более ста метров. Атмосфера на спутнике разрежённая, и состоит в основном из молекулярного кислорода. Вероятно, это стало результатом разложения льда на водород и кислород под действием солнечной радиации и другого жёсткого излучения. Молекулярный водород быстро улетучивается с поверхности спутника, поскольку он достаточно лёгкий, а сила тяготения Европы слабая.
Ганимед
Ганимед - самый крупный спутник в Солнечной системе. Его диаметр равен 5268 километрам - это больше на 2 %, чем у Титана (второго по величине спутника в Солнечной системе) и больше на 8 %, чем у Меркурия. Если бы он вращался по орбите вокруг Солнца, а не вокруг Юпитера, его бы классифицировали как планету. Расстояние от Ганимеда до поверхности Юпитера равно примерно 1070000 километров. Он является единственным спутником в Солнечной системе, обладающим собственной магнитосферой.
Поверхность Ганимеда разделяют на две группы. Первая - странные полосы льда, порождённые активными геологическими процессами три с половиной миллиарда лет назад, которая занимает 60 % поверхности. Вторая группа (оставшиеся 40 % поверхности, соответственно) - древняя мощная ледяная кора, покрытая многочисленными кратерами.
Возможное внутреннее строение Ганимеда
Тепло, которое идет от ядра и силикатной мантии, позволяет существовать подземному океану. Считается, что он расположен на глубине двухсот километров под поверхностью, в отличие от спутника Европа, который имеет большой океан ближе к поверхности.
Атмосфера спутника тонкая и состоит из кислорода, похожа на найденную у Европы. Кратеры на Ганимеде почти не возвышаются и очень плоские, по сравнению с кратерами на других спутниках. У них нет центральной впадины, характерной для кратеров на Луне. Это, вероятно, из-за медленного и постепенного движения мягкой ледяной поверхности.
Каллисто
Каллисто является третьим по величине спутником в Солнечной системе. Его диаметр равен 4820 км, что является около 99 % диаметра Меркурия, а масса - всего треть от массы этой планеты. Возраст Каллисто составляет около 4,5 миллиарда лет, примерно такого же возраста, как Ганимед, Европа, Ио и сам Юпитер. Спутник удалён от планеты на расстояние почти 1,9 миллионов километров (1 882 700 км). Из-за большого расстояния от планеты он находится вне жёсткого радиационного поля газового гиганта.
Каллисто
У Каллисто одна из самых древних поверхностей в Солнечной системе - её возраст равен примерно четырём миллиардам лет. Она вся покрыта кратерами, и каждый новый удар метеорита непременно попадал в уже образованный кратер. Древняя поверхность дошла до наших дней благодаря отсутствию бурной тектонической деятельности и разогрева поверхности спутника с момента его образования.
Многие учёные считают, что Каллисто покрыт огромным слоем льда, под которым расположен океан, а центр Каллисто содержит горные породы и железо. Атмосфера Каллисто разреженная и состоит из диоксида углерода.
Одно из самых примечательных мест на Каллисто - кратер Вальхалла. Кратер состоит из яркого центрального региона диаметром 360 км, вокруг него располагаются гребни в виде концентрических колец радиусом до 1900 километров: они расходятся от него словно кольца от брошенного в воду камня. В целом диаметр Вальхаллы составляет около 3800 километров. Это самая большая местность, образовавшейся вокруг ударного кратера во всей Солнечной системе. Сам кратер по своим размерам стоит только на тринадцатом месте в Солнечной системе. Такая структура возникла из-за столкновения спутника со сравнительно крупным астероидом размером 10–20 километров.
Вальхалла - ударный бассейн на спутнике Каллисто
Поскольку Каллисто находится вне жёсткого радиационного поля Юпитера, его рассматривают как приоритетный объект (после Луны и Марса) для строительства космической базы. Воду можно добывать изо льда спутника, а с его поверхности проводить исследование другого спутника Юпитера - Европы. Полёт на Каллисто может занять от двух до пяти лет. Предполагается, что первая пилотируемая миссия к этому спутнику отправится не раньше 2040 года, а возможно и ещё позже.
Модель внутреннего строения Каллисто. Показаны: ледяная кора, возможный водный океан и ядро из камней и льдов
Внутренние спутники Юпитера
Почему они внутренние? Дело в том, что орбиты этих спутников расположены очень близко к Юпитеру и все они внутри орбиты Ио - самого близкого к планете галилеева спутника. Их всего четыре: Метида, Амальтея, Адрастея и Фива.
Ведущая сторона Амальтеи (Юпитер справа, север сверху). Кратер Пан виден на правом верхнем краю, Гея (с яркими склонами) - на нижнем. Цветное фото «Вояджера-1» (1979)
Амальтея, 3D модель
Эти спутники, а также ряд пока ещё невидимых внутренних небольших лун, пополняют и поддерживают слабую систему колец Юпитера. Метида и Адрастея помогают поддерживать основное кольцо Юпитера, а Амальтея и Фива поддерживают свои собственные слабые внешние кольца.
Наибольший интерес из спутников внутренней группы вызывает Амальтея. Поверхность этого спутника имеет тёмно-красный цвет, у которого аналогов в Солнечной системе нет. Учёные предполагают, что она состоит в основном изо льда с включениями минералов и серосодержащих веществ, но эта гипотеза не объясняет цвет спутника. Скорее всего, Юпитер захватил спутник извне, как это делает регулярно с кометами.
Внешние спутники Юпитера
Внешняя группа состоит из маленьких спутников, диаметр которых от одного до ста семидесяти километров. Движутся они по вытянутым и сильно наклоненным к экватору Юпитера орбитам. В настоящее время насчитывается 59 спутников внешней группы. Спутники, которые расположены близко к планете, движутся по своим орбитам в сторону вращения Юпитера, а большинство удалённых спутников движутся в обратном направлении.
Орбиты спутников Юпитера
Некоторые малые спутники движутся почти по одинаковым орбитам, считается, что всё это остатки более крупных спутников, которые разрушила сила тяготения Юпитера. Все внешние спутники, которые наблюдались космическими аппаратами, пролетающими мимо, внешне напоминают бесформенные глыбы. Скорее всего, некоторые из них свободно летали в космосе, пока не были захвачены гравитационным полем Юпитера.
Кольца Юпитера
Кроме спутников у Юпитера есть система колец. Да, у Юпитера тоже есть кольца. Кроме того, они есть у всех четырёх газовых гигантов в нашей Солнечной системе. Но в отличие от Сатурна, который имеет блестящие ледяные кольца, кольца Юпитера имеют незначительную пыльную структуру. Именно поэтому кольца Сатурна были открыты ещё в 1610 году Галилеем, а слабые кольца Юпитера лишь в 1970 годах, когда космический корабль впервые посетил систему Юпитера.
Изображение Главного кольца, полученное Галилео при прямо-рассеянном свете
Кольцевая система Юпитера состоит из четырёх основных компонентов: «гало» - толстый тор из частиц, относительно яркое и очень тонкое «Главное кольцо», а также два широких и слабых внешних кольца, известных как «паутинные кольца».
«Главное кольцо» и гало состоят в основном из пыли с Метиды, Адрастеи и, возможно, ещё нескольких спутников. Гало имеет форму пончика, его ширина составляет около двадцати-сорока тысяч километров, хотя большинство его материала лежит в пределах нескольких сотен километров от плоскости кольца. Его форма, как полагают, связана с электромагнитными силами внутри магнитосферы Юпитера, действующими на частицы пыли кольца.
«Паутинные кольца» - кольца тонкие и прозрачные как паутина, называются по материалу спутников, которые их и формируют: Амальтеи и Фивы. Внешние края Главного кольца очерчивают спутники Адрастея и Метис.
Кольца Юпитера и внутренние спутники
Мы прощаемся с Юпитером и его спутниками и продолжаем наше путешествие дальше. В следующей статье будем разбирать спутники и кольца Сатурна.
На спутнике Юпитера Ио происходят настоящие извержения вулканов — это единственное небесное тело Солнечной системы, кроме Земли, где происходят подобные явления. В ходе последних исследований учёные выяснили, что извержения вулканов на Ио - не просто частое, а даже постоянное явление.
«Мы ожидаем мощного извержения раз в один-два года, и они, как правило, не такие яркие. А здесь у нас [в августе прошлого года - авт.] случилось три очень мощных извержения, которые позволяют предположить, что если мы будем наблюдать чаще, то увидим больше извержений на Ио», - говорит Имке где Патер, профессор Калифорнийского университета, автор одной из научных статей по извержению вулканов на Ио.
Три мощные извержения на Ио, которые произошли в течение двух недель. Фото: Katherine de Kleer/UC Berkeley/Gemini Observatory
Извержение на Ио. Фото: NSF/NASA/JPL-Caltech//UC Berkeley/Gemini Observatory/W. M. Keck Observatory
Интересным в этих явлениях является то, что в отличие от Земли, у спутника Юпитера Ио слабое гравитационное поле, поэтому раскалённая лава поднимается над поверхностью небесного тела на значительную высоту. Благодаря этому изверженное вещество за короткий период времени расплёскивается на сотни квадратных километров.
Извержения вулканов, снятые в инфракрасном спектре. Фото: NASA/JPL/IRTF
Так, одно из таких извержений произошло в прошлом году, когда образовался 10-метровый по высоте поток лавы, который накрыл 130 квадратных километров поверхности Ио. Другое извержение накрыло территорию невероятной величины - 310 квадратных километров.
О существовании на поверхности Ио действующих вулканов стало известно благодаря исследованиям НАСА в 1979 году. С тех пор до 2006 года наблюдалось 13 значительных извержений - отчасти потому, что количество астрономов, которые следили за поверхностью спутника, было маленьким, и многие важные явления попросту оставались без их внимания.
