© Владимир Каланов,
сайт "Знания-сила".

Спутники Юпитера, снятые КА «Galileo»

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

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

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

Спутник Ио

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 обруше́ния вулкана или в процессе его извержения. Похожих образований диаметром более 25 км на поверхности Ио обнаружено более ста.

Цвет лавы, излива́ющейся 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 ды́ма 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 приливны́е 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 разряжё́нную 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 заря́женных 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

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, возника́вший 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 по́сланы 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

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 заря́женных частиц, т.е. являются ионосферой. Атмосферным явлением на Ганимеде является выпадение и́нея. 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

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 1883000 км. 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 бо́льшим, 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.

Наибольший интерес для астрономов представляют внутренние спутники Юпитера. Так условно названы четыре спутника: Мети́да, 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 Мети́да и Адрастея (Мети́да 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 пы́ли выбивается в окружающее космическое пространство, а гравитационное поле Юпитера направляет это вещество к планете, захватывая его и формируя из него ко́льца.

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.