Главная В избранное Контакты News О проекте Планы сайта Карта
счетчик сайта
Размер шрифта:

Кратко:

Интересно знать:

В 1671 году, наблюдая за затмениями спутников Юпитера, датский астроном Оле Рёмер обнаружил, что истинное положение спутников Юпитера не совпадает с вычисленными параметрами, причём величина отклонения зависела от расстояния до Земли. На основании этих наблюдений Рёмер сделал вывод о конечности скорости света и установил её величину — 215 000 км/с   (современное значение — 299 792,458 км/с).

 

Исследование спутников Юпитера из космоса.

За время своего пребывания на орбите Юпитера космический аппарат «Галилео» подходил рекордно близко к спутникам Юпитера: Европа — 201 км (16 декабря 1997), Каллисто — 138 км (25 мая 2001), Ио — 102 км (17 января 2002), Амальтея 160 км (5 ноября 2002).

 

Свечение авроры (а, возможно, и собственное свечение атмосферы в результате эмиссии нейтрального кислорода либо атомов серы) и горячих вулканических источников на теневой стороне Ио. Предполагается, что на снимке слева красные пятна (и некоторые зеленые) указывают на температуру поверхности около 700К. Снимок зонда Галилео в момент нахождения в тени Юпитера с расстояния 1,035,000 км, июнь 1996. Справа фото Вояджера, используемое для идентификации горячих вулканических источников. NASA/JPL/Ames Research Center

Свечение авроры (а, возможно, и собственное свечение атмосферы) и горячих вулканических источников на теневой стороне Ио.

 

Два изображения спутника Юпитера Ио, полученные Вояджером в 1979 г.(слева) и Галилео в 1996 г.(справа). Различимы изменения поверхности в результате вулканической активности. В момент съёмки 7 сент. 1996 г. Галилео находился на расстоянии ок. 487000 км. от Ио. При синтезе обоих цветных изображений для приведения их к одному типу использовались фильтры от зеленого до фиолетового, применяемые на Вояджере.

Два фото спутника Юпитера Ио, полученные «Вояджером» в 1979 г.(слева) и «Галилео» в 1996 г.(справа). Различимы изменения поверхности в результате вулканической активности. В момент съёмки 7 сент. 1996 г. «Галилео» находился на расстоянии ок. 487000 км. от Ио. При синтезе обоих цветных изображений для приведения их к одному типу использовались фильтры от зелёного до фиолетового, применяемые на Вояджере.

 

Вулкан Ra patera на Ио окружен лавой. Снимок Вояджера-1.

Вулкан Ra patera на Ио в окружении лавы. Снимок «Вояджера-1».

 

Внутреннее строение спутников Юпитера.

Возможное внутреннее строение спутников Юпитера в разрезе.

Внутреннее строение спутников Юпитера в разрезе, смоделированное на основе изображений поверхности, полученных зондом Вояджер, и измерений гравитационных и магнитных полей, произведенных зондом Галилео. Размеры спутников показаны в относительной пропорциональности (для ориентира: радиус Ио, равный 1821 км, не намного больше радиуса нашей Луны - 1738 км, радиус Европы - 1565 км - несколько меньше радиуса Луны).

У всех спутников, за исключением Каллисто, имеется металлическое (железное, никелевое) ядро, показанное в относительных размерах серым цветом и окруженное оболочкой из скалистых пород (изображено коричневым цветом).

На Ио скалистая или силикатная оболочка простирается до поверхности, а на Ганимеде и Европе она окружена ещё и водной оболочкой в виде жидкости или льда (показано синим цветом в относительных размерах).

Внутренняя структура Каллисто показана в виде смеси сопоставимого количества льда и силикатов. Последние данные указывают, однако, на более сложную структуру ядра Каллисто.

Поверхностные слои Каллисто и Ганимеда (белого цвета) предположительно имеют отличие от нижних ледяных/силикатных слоёв в процентном соотношении содержания силикатов (скалистых пород).

По предположению учёных, ледяная поверхность на Европе (белый цвет) может покрывать собой жидкий океан. Исследования снимков Галилео позволяют сделать вывод, что под ледяным покровом спутника толщиной от нескольких до десяти километров возможно наличие  жидкого водяного океана. Но пока не определено, существует ли он в настоящее время.

 

Фото Европы, полученное с АМС Галилео с расстояния ок. 677000 км. Слева - в цвете восприятия человеческим глазом, справа - в цвете, измененном для лучшей детализации. Поверхность Европы преимущественно состоит из водяного льда. Коричневый цвет отображает скалистые породы. Тёмные линии, многие из которых протяженностью в тысячи км., являются изломами коры. Кратер Pwyll справа внизу имеет диаметр 45 км.

Фото Европы, полученное с АМС Галилео с расстояния ок. 677000 км. Слева - в цвете восприятия человеческим глазом, справа - в цвете, измененном для лучшей детализации. Поверхность Европы преимущественно состоит из водяного льда. Коричневый цвет отображает скалистые породы. Тёмные линии, многие из которых протяженностью в тысячи км., являются изломами коры.

 

Детализация поверхности Европы.

Детализация поверхности Европы. Слева внизу изображён возможный ландшафт на Европе.

 

Взаимодействие магнитных
полей Ганимеда и Юпитера.

Ученым предстоит выяснить каково взаимодействие магнитного поля Юпитера с магнитным полем Ганимеда.

Учёным предстоит выяснить каково взаимодействие магнитного поля Юпитера с магнитным полем Ганимеда.

 

Планета Юпитер

© Владимир Каланов


Спутники Юпитера.

На фото показаны поверхности спутников Юпитера, снятых космическим аппаратом Galileo. Вверху вид спутников Ио, Европа, Ганимед и Каллисто в пропорциональном соотношении относительных размеров. Верхние фото имеют разрешение 10 км/пиксель, средние - 1,8 км/пиксель и показывают поверхность площадью около 1000x750 км, а каждое нижнее фото имеет разрешение ок. 180 м/пиксель и показывает территорию 100x75 км. Некоторые фото выполнены в условных цветах, в реальности не видимых человеческим глазом, и отображают различие элементов поверхности в химическом составе окружающих пород, напр. см. для Ио слева в центре ярко-красный цвет соответствует молодым вулканическим породам, желтый - более старым. Обработка произведена в The Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, CA manages the Galileo mission for NASA's Office of Space Science, Washington, DC.

Первые четыре спутника открыл ещё Галилей, когда в январе 1610 г (по новому стилю) он навёл в ночное небо собственноручно изготовленный им телескоп, точнее, зрительную трубу. Это открытие он посвятил семье герцога Тосканского Козимо II Медичи, у которого он служил придворным математиком. Спутники получили названия Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. Эти спутники до сих пор считаются «галилеевыми спутниками», а раньше их называли «галилеевыми лунами».

Галилей рассматривал спутники в телескоп с увеличением в 32 раза. Увидеть эти спутники около Юпитера в виде маленьких светящихся точек можно в хороший современный бинокль.

Все четыре «галелеевы спутника» движутся в плоскости экватора Юпитера. Подчиняясь не совсем ясному закону движения, все они вращаются вокруг своей оси со скоростью, равной скорости обращения вокруг планеты. Поэтому они обращены к Юпитеру всегда одной стороной. Этот же феномен мы наблюдаем у нашей Луны.

До 1892 года были известны только эти четыре спутника. В 1892 году французский астроном Бернард с помощью телескопа открыл ещё один спутник – Амальтею. Это был последний спутник Юпитера, открытый визуально. Но когда Юпитер и его окрестности начали исследовать с помощью автоматических зондов, имеющих аппаратуру для фотографирования, то было обнаружено ещё несколько спутников. В настоящее время известно и в определённой мере изучено 16 спутников Юпитера. Но это не окончательная цифра. Автоматические межпланетные станции фиксируют наличие других, более мелких небесных тел, вращающихся вокруг планеты.

Основные характеристики спутников Юпитера, открытых Галилеем, приведены в таблице.


Спутники Медичи

Спутники

Расстояние до Юпитера (км)

Орбитальный период (дни)

Радиус (км)

Масса (гр)

Средняя плотность (г/см3)

Ио

421 600

1,77

1821

8,94 x 1025

3.57

Европа

670 900

3,55

1565

4,8 x 1025

2,97

Ганимед

1 070 000

7,16

2634

1,48 x 1026

1,94

Каллисто

1 883 000

16,69

2403

1,08 x 1026

1,86

Приведём теперь основные сведения о спутниках Юпитера, полученные в результате их исследования автоматическими межпланетными станциями.

Спутник Ио.

Спутник Юпитера Ио - самое вулканически активное небесное тело Солнечной системы. Фото с АМС Галилео. Фото в условных цветах скомбинировано из фото через фильтры диапазонов ближнего инфракрасного, зелёного и фиолетового. Вся поверхность спутника покрыта вулканическими кратерами.   Фото, иллюстрирующее вулканическую активность спутника Ио. Вставки слева вверху - снимок Вояджера-1 (апрель 1979), слева внизу - Вояджера-2 (июль 1979), основное изображение - фото Галилео (июнь 1996). Видны быстрые изменения формы магмы на переферии. The Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, CA manages the mission for NASA's Office of Space Science, Washington, DC

По фотографиям, переданным зондом «Вояджер-1» (1979г.), а затем и Галилео (старт окт. 1989 - достижение орбиты Юпитера дек. 1995 - конец миссии сент.2003) установлено, что на этом спутнике происходит активная вулканическая деятельность. На одном из снимков видна впадина вулканического происхождения диаметром около 50 км со следами застывшей лавы. Этот огромный кратер с ровным дном мог сформироваться в результате обрушения вулкана или в процессе его извержения. Похожих образований диаметром более 25 км на поверхности Ио обнаружено более ста.

Цвет лавы, изливающейся из недр спутника, самый разнообразный: чёрный, желтый, красный, оранжевый, коричневый. Предположительно лава состоит из расплавленного базальта с примесью серы, или даже чистой серы.

«Вояджер-1» запечатлел на этом спутнике девять извержений вулканов, происходивших одновременно. Через четыре месяца «Вояджер-2» зафиксировал, что семь из этих вулканов продолжали действовать, выбрасывая столбы дыма и пепла на высоту до 300 км. отсюда можно сделать вывод, что извержения вулканов на Ио происходят часто, а их продолжительность измеряется многими месяцами и даже годами. Учёные связывают высокую вулканическую активность этого спутника с относительной близостью его к Юпитеру: Ио удалён от Юпитера в среднем на 420 тысяч километров. На поверхность Ио со стороны Юпитера оказывается приливное воздействие, гораздо более сильное, чем воздействие Земли на Луну. В твёрдой коре Ио амплитуда приливов достигает 100 метров. Это означает, что приливные силы выполняют на спутнике огромную работу, которая превращается в тепло, выделяемое из его недр. По расчетам учёных, мощность тепла, выделяемого недрами Ио с каждого квадратного метра поверхности в 30 раз выше, чем на Земле.

Ио имеет магнитное поле, которое создаётся его ядром, содержащим жидкий металл. Активные вулканы создали вокруг спутника разряженную атмосферу, в которой почти не содержится свободного кислорода. Сера, в жидком виде выбрасываемая вулканами, накапливается на поверхности, т.к. для её сгорания не хватает кислорода. Этим объясняется преобладающий оранжевый цвет поверхности Ио.

Ионосфера спутника Ио испытывает воздействие заряженных частиц окружающего пространства, которые разгоняются магнитным полем Юпитера. Возбуждение атомов ионосферы проявляется в виде интенсивных полярных сияний, отчетливо видимых на снимках, переданных зондом «Галилей».

Спутник Европа.

Фото Европы, полученное с АМС Вояджер-2 Фото Европы, полученное с АМС Галилео. Цвета на изображении приведены в приближении к восприятию человеческим глазом и мы видим Европу такой, как если бы наблюдали её реально. Справа в нижней части виден молодой импактный кратер. Съемка произведена 19 сент. 1997 г. с расстояния ок. 725000 км.

Это не менее интересный спутник Юпитера. По размерам Европа в четыре раза меньше Земли. Предполагается, что в прошлые геологические эпохи на Европе существовал океан. На снимках, переданных зондом «Галилей» (1995 г.), видно, что поверхность Европы покрыта слоем льда с трещинами и разломами. Причиной трещин может оказаться вода в жидком состоянии, находящаяся под слоем льда и имеющая более высокую температуру. Причиной перепада температур учёные считают воздействие Юпитера, вызывающее «приливы-отливы» на спутнике. Приливное воздействие Юпитера на поверхности Европы более слабое, чем на поверхности Ио, но всё же достаточно заметное. Тёмный цвет трещин даёт основание считать, что по ним поднималась вода, впоследствии застывшая. Не исключается, что под ледяным слоем Европы и до настоящего времени находится океан, который, как считается, имеет контакт с силикатной мантией спутника, что обеспечивает приток элементов - "кирпичиков" жизни. На поверхности Европы имеются метеоритные кратеры, но их немного и они небольших размеров. Это можно объяснить тем, что при падении крупного метеорита кратер, возникавший от удара, заполнялся водой, которая вскоре замёрзла. Мелкие метеориты не могут пробить ледяной панцирь и остаются на поверхности спутника, оставляя лишь небольшие воронки.

Предполагается, что Европа имеет металлическое ядро, радиус которого может достигать половины радиуса этого спутника, что составляет около 790 километров. По разным оценкам, толщина водно-ледяной оболочки Европы может быть в пределах от 80 до 170 км, а толщина ледяного покрова - от 2 до 20 км.

Гипотеза о наличии на Европе океана имеет в качестве своего логического следствия предположение о возможности жизни на Европе. Конечно, об организованных формах жизни здесь речь идти не может, но почему бы не допустить вероятность белковой жизни хотя бы на уровне бактерий? Жизнь - это расход энергии. Значит, нужен источник энергии. На Земле таким источником является Солнце. Но Европа удалена от Солнца на громадное расстояние (около 780 млн. км) и получает ничтожное количество солнечного тепла, находясь половину своего орбитального периода в огромной тени Юпитера. Но это обстоятельство для жизни на Европе было бы не так важно, ведь океан Европы получает тепловую энергию из её недр. Определённые условия для существования жизни в океане Европы, по-видимому могут создавать подводные вулканы, которые там наверняка имеются … и т.д. вероятность такого развития событий исчезающее мала, но её сбрасывать со счетов не хочется.

Гипотеза о возможности примитивной жизни на Европе может быть подтверждена или отброшена только после тщательного исследования этого спутника с помощью спускаемых зондов, если такое исследование станет когда-нибудь возможно.

Следует заметить, что сильная доза радиационного облучения вблизи Юпитера является серьёзной научно-технической проблемой при проектировании и изготовлении оборудования автоматических станций, которые будут посланы к спутникам Юпитера. Расчеты показывают, что при радиационной защите аппарата, которую можно обеспечить в ближайших планируемых космических проектах, за месяц пребывания посадочного модуля на поверхности Европы (в благоприятном месте) набирается около 250000 рад (2500 грей) поглощенной дозы радиоактивного облучения. Для сравнения: человек, находящийся в скафандре без дополнительной защиты на поверхности Европы ок. 90-150 минут уже не сможет выжить из-за поражения организма радиацией.

Спутник Ганимед.

Самый крупный спутник Юпитера Ганимед. Фото Вояджера-1 (5 марта 1979 г.) с расстояния от 272000 до 246000 км. На поверхности видно множество ударных кратеров. Ганимед 26 июня 1996 г. Фото с космического аппарата Галилео. Темные области поверхности имеют больше кратеров, светлые - более молодые и менее подверженные метеоритным бомбардировкам области. Это изображение Ганимеда в условных цветах более подробно иллюстрирует поверхность спутника. Отчетливо выделены полярные шапки, различимы темные борозчатые, более старые территории  и светлые желоба - территории помоложе, видно множество кратеров диаметром до нескольких км., фиолетовые тона на полюсах являются замерзшими территориями, рассеивающими свет в более коротковолновом (фиолетовом) диапазоне. В сравнении с земными, полярные области на Ганимеде более обширны, отрицательные температуры простираются в среднем до 40 градусной широты, в отдельных местах до 25 градусов широты. Разрешение снимка - 9 км/пиксель. Снято с расстояния 918000 км. 29 марта 1998 КА Галилео.

Это самый крупный из всех спутников Юпитера. Он больше Меркурия и во всей Солнечной системе по размерам занимает третье место после Титана (спутник Сатурна) и Тритона (Спутник Нептуна). Ганимед вполне мог бы считаться самостоятельной планетой, если бы обращался вокруг Солнца, а не вокруг Юпитера.

Поверхность Ганимеда покрыта слоем льда, по последним данным толщина льда больше, чем на Европе. На поверхности Ганимеда множество кратеров, образовавшихся в разные эпохи существования спутника. Характерной чертой поверхности является также наличие борозд шириной до 15 км и длиной в несколько десятков километров. Возможно, это результаты тектонической деятельности, места разломов коры, из которых когда-то вытекала лава. Вулканическая деятельность на Ганимеде имеет низкую активность, но действующие вулканы имеются. Предполагается, что при извержении вулканов на поверхность изливается не раскалённая лава, а водно-солевой раствор.

Под слоем льда находится жидкая вода в смеси с фрагментами грунта. Эта смесь составляет основную часть массы спутника, поэтому средняя плотность Ганимеда невелика - 1,93 г/см3. Для сравнения: средняя плотность вещества Европы равна 2,97 г/см3, а Ио - 3,57 г/см3. Тенденция ясна: чем дальше от центрального светила находится спутник, тем меньше в его веществе тяжелых элементов. По такому закону распределялась материя в момент рождения светила и спутников. В данном случае «светилом» мы называем Юпитер.

Ганимед имеет сильно разреженную атмосферу (как на Ио и Европе). Верхние слои её состоят из заряженных частиц, т.е. являются ионосферой. Атмосферным явлением на Ганимеде является выпадение инея. Пока неясно, из чего состоит иней - из воды или углекислоты, или из того и другого вместе.

Ганимед обладает магнитным полем, что доказывает наличие у него металлического ядра.

Спутник Каллисто.

Каллисто. Единственное полное цветное фото спутника, которое удалось составить в результате миссии Галилео. Считается, что более яркие области состоят преимущественно изо льда, более тёмные - из материала с меньшим содержанием льда и подверженного сильной эрозии. Изображение Каллисто, составленное из трёх фото, полученных Вояджером-1 (слева), Галилео (в центре, разрешение 4,3 км/пиксель, что соответствует различимости деталей ок. 12 км в поперечнике) и Вояджером-2 (справа). Новые данные Галилео позволили более детально рассмотреть ударные кратеры на Каллисто.

По размерам и массе, а также внутреннему строению Каллисто близок к Ганимеду. Это последний, т.е. наиболее удаленный от Юпитера и наименее яркий из галилеевых спутников. Среднее расстояние Каллисто от Юпитера составляет 1883000км. поверхность Каллисто покрыта льдом, под которым может находиться жидкий солёный океан. Мантия Каллисто представляет собой смесь льда и минералов. По направлению к центру количество льда убывает. Магнитное поле у Каллисто отсутствует, что может означать отсутствие сплошного металлического ядра. Ядро этого спутника состоит, вероятно, в основном из минералов в смеси с металлами. Поверхность Каллисто покрыта большим, чем на других галилеевых спутниках количеством кратеров различных размеров. Среди кратеров особо выделяется углубление диаметром около 600 км, которое обнаружено благодаря своему более светлому тону. Вероятно, такое углубление могло появиться в результате столкновения Каллисто с крупным небесным телом в ту эпоху, когда поверхность спутника была ещё недостаточно твёрдой. Как и у Ганимеда, основную массу спутника Каллисто составляют вода, лёд и включения минералов. Этим объясняется невысокая средняя плотность его вещества - 1,86 г/см3.

Малые спутники Юпитера.

Кроме спутников, открытых Галилеем, вокруг Юпитера вращаются многочисленные спутники небольших размеров. Всего их обнаружено более шестидесяти. Радиусы их орбит составляют от нескольких сотен тысяч до нескольких десятков миллионов километров.

Основные характеристики 12-ти известных и в какой-то степени изученных малых спутников представлены в таблице.


Малые спутники Юпитера

Метида. Фото КА Галилео.Адрастея. Фото КА Галилео.Амальтея. Фото КА Галилео. Теба. Фото КА Галилео.

Спутники

Дата открытия

Большая полуось орбиты (км)

Орбитальный период (дни)

Радиус или размеры (км)

Масса (кг)

Плотность (г/см3)

Метида

1979

127691

0,295

86

1,2 x 1017

3,0

Адрастея

1979

128980

0,298

20x16x14

2,0x1015

1,8

Амальтея

1892

181365,8

0,498

250x146x128

2,1x1018

0,857

Теба

1979

221889

0,675

116x98x84

4,3x1017

0,86

Леда

1974

11160000

240,92

20

1,1 x 1016

2,6

Гималия

1904

11461000

250,56

85

6,74x1018

2,6

Лиситея

1938

11717100

259,2

18

6,2 x 1018

2,6

Элара

1905

11741000

259,65

43

8,69 x 1017

2,6

Ананке

1951

21276000

629,77

14

2,99 x 1016

2,6

Карме

1938

23404000

734,17

23

1,32 x 1017

2,6

Пасифе

1908

23624000

743,63

30

2,99 x 1017

2,6

Синопе

1914

23939000

758,9

19

7,49x 1016

2,6

Наибольший интерес для астрономов представляют внутренние спутники Юпитера. Так условно названы четыре спутника: Метида, Адрастея, Амальтея и Теба, орбиты которых лежат внутри орбиты Ио. Крупнейший из этих спутников - Амальтея представляет собой каменную глыбу неправильной формы и внушительных (по земным меркам) размеров: 250x146x128 км. астроному Бернарду, открывшему этот спутник визуально в 1892 году, конечно, не удалось разглядеть в телескоп это небесное тело, которое казалось ему крошечной светящейся точкой рядом с Юпитером. Некоторые физические характеристики спутника Амальтеи были получены с помощью автоматических зондов «Вояджер -1 и 2». Поверхность спутника тёмного, коричневато-желтого цвета покрыта кратерами, среди которых два имеют огромные для габаритов Амальтеи размеры: у одного диаметр составляет 100 км, и другого - около 80 км. цвет спутника объясняется возможным осаждением на его поверхность серы, выбрасываемой вулканами спутника Ио.

Ближайшие к Юпитеру спутники Метида и Адрастея (Метида чуть ближе к Юпитеру) имеют почти круговые орбиты, находящиеся в плоскости экватора планеты. Эти спутники находятся вблизи внешнего края колец Юпитера. Существует предположение, подтвержденное данными, полученными от АМС «Галилео», что кольца Юпитера основную массу своего вещества получили от внутренних спутников, в первую очередь от Метиды и Адрастеи. Определённую роль в этом процессе играют вулканы спутника Ио, которые выбрасывают вещество, попадающее затем на поверхность внутренних спутников. Ударами метеоритов вещество в виде пыли выбивается в окружающее космическое пространство, а гравитационное поле Юпитера направляет это вещество к планете, захватывая его и формируя из него кольца.

О других малых спутниках Юпитера известно пока немного. Группа из четырёх спутников - Леда, Гималия, Лиситея и Элара характеризуется тем, что их орбиты имеют большой наклон к экватору Юпитера - около 28°. среди них Литисея - самый маленький по размеру спутник - его диаметр около 18 км.

Следующая группа из четырёх спутников - Ананке, Карме, Пасифе и Синопе примечательна тем, что орбиты этих спутников имеют большой наклон к плоскости экватора Юпитера - до 150°, причём движутся эти спутники в направлении, противоположном направлению движения других спутников. Спутники этой группы расположены на огромном расстоянии от Юпитера и представляют из себя не что иное, как крупные астероиды, захваченные гравитационным полем планеты-гиганта.

 

>>>Читайте дальше: Исследования Юпитера.

Планета Юпитер. Основные сведения о Юпитере. Атмосфера, внутреннее строение Юпитера, магнитное поле. Спутники Юпитера. Исследования Юпитера.

 
 
Главная В закладки Контакты Новости О проекте Планы сайта
Rambler's Top100

video
© KV


 


 

Ближайшие исследования спутников Юпитера.

Сегодня в стадии разработки находятся два проекта миссии к Юпитеру: проект зонда JUICE (Jupiter Icy moon Explorer) Европейского Космического Агентства и Российский проект "Лаплас".
Планируемый сначала полёт на Европу отменен из-за сложностей с радиацией. Теперь планируется полёт на Ганимед.
Внутри миссии космические аппараты и запуски будут раздельные, но предполагается обмен научными приборами. Срок 2022-2023, перелёт 6,5 лет, прибытие к Юпитеру 2030 г.

Закрыть урок