С именем Галилео Галилея связаны наиболее важные астрономические открытия в истории изучения космоса. Именно благодаря этому талантливому и настойчивому итальянцу, мир в 1610 году впервые узнал о существовании четырех спутников Юпитера. Первоначально эти небесные объекты получили собирательное название — галилеевы спутники. Позже, каждому из них присвоили свое название: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. Каждый из четырех крупнейших спутников Юпитера по своему интересен, однако именно спутник Ио выделяется среди других галилеевых спутников. Это небесное тело является самым экзотическим и необычным среди других объектов Солнечной системы.
Что необычного в спутнике Ио?
Уже при одном наблюдении в телескоп спутник Ио своим внешним видом выделяется среди других спутников Солнечной системы. Вместо обычной серой и мутной поверхности небесное тело имеет диск ярко-желтого цвета. В течение 400 лет человек не мог найти причину такой необычной расцветки поверхности юпитерианского спутника. Только в конце XX века, благодаря полетам автоматических космических зондов к гиганту Юпитеру, удалось получить информацию о галилеевых спутниках. Как оказалось, Ио является едва ли не самым вулканически активным объектом Солнечной системы в плане геологии. Подтверждением тому стало огромное количество действующих вулканов, обнаруженных на спутнике Юпитера. На сегодняшний день их выявлено около 400 и это на площади, которая в 12 раз меньше площади нашей планеты.
Площадь поверхности спутника Ио составляет 41,9 кв. километров. Земля имеет площадь поверхности 510 млн. км, и на ее поверхности сегодня находится 522 действующих вулкана.
По своим размерам многие вулканы Ио превышают размеры земных вулканов. По интенсивности извержений, их продолжительности и мощности, вулканическая деятельность на спутнике Юпитера превосходит аналогичные земные показатели.
Некоторые вулканы этого спутника выбрасывают огромное количество ядовитых газов на высоту 300-500 км. При этом сама поверхность самого необычного спутника Солнечной системы Ио представляет собой обширную равнину, в центре которой присутствует огромный горный массив, разделенный огромными лавовыми потоками. Средние высоты горных образований на Ио составляют 6-6,5 км, однако здесь так же встречаются горные пики, высотой более 10 км. К примеру, гора Южная Боосавла имеет высоту 17-18 км и является самой высоким пиком Солнечной системы.
Почти вся поверхность спутника – это результаты многовековых извержений. По данным инструментальных исследований, проводимых с борта космических зондов «Вояджер-1», «Вояджер-2» и других аппаратов, основной материал поверхности спутника Ио – замороженная сера, диоксид серы и вулканический пепел. Почему разноцветных участков на поверхности спутника так много. Это объясняется тем, что активный вулканизм постоянно формирует характерную контрастность расцветки поверхности спутника Ио. Объект может в течение короткого промежутка времени сменить свою ярко-желтую расцветку на белый или черный цвет. Продукты вулканических извержений формируют тонкую и неоднородную по составу атмосферу спутника.
Подобная вулканическая активность вызвана особенностями строения небесного тела, которое постоянно подвергается приливному действию гравитационного поля материнской планеты и воздействию со стороны других крупных спутников Юпитера, Европы и Ганимеда. В результате влияния космической гравитации в недрах спутника между корой и внутренними слоями возникает трение, порождающее естественный нагрев материи.
Для астрономов и геологов, занимающихся изучением строения объектов Солнечной системы, Ио представляет собой реальный и действующий полигон, где сегодня происходят процессы, характерные для раннего периода формирования нашей планеты. Ученые во многих областях науки сегодня тщательно изучают геологию этого небесного тела, делая уникальный спутник Юпитера Ио объектом пристального внимания.
Самое геологически активное небесное тело Солнечной системы имеет диаметр 3630 км. Размеры Ио не такие уж большие, в сравнении с другими спутниками Солнечной системы. По своим параметрам спутник занимает скромное четвертое место, пропуская вперед огромных Ганимеда, Титана и Каллисто. Диаметр Ио только на 166 км. превышает диаметр Луны — спутника Земли (3474 км).
Спутник ближе всех расположен к материнской планете. Расстояние от Ио до Юпитера составляет всего 420 тыс. км. Орбита имеет практически правильную форму, разница между перигелием и апогелием составляет всего 3400 км. Объект несется по круговой орбите вокруг Юпитера с огромной скоростью 17 км/с, совершая полный оборот вокруг него за 42 земных часа. Движение по орбите осуществляется синхронно с периодом вращения Юпитера, поэтому Ио всегда повернуто к нему одним и тем же полушарием.
Основные астрофизические параметры небесного тела следующие:
- масса Ио составляет 8,93х1022кг, что в 1,2 раза больше массы Луны;
- плотность спутника составляет 3,52 г/см3;
- величина ускорения свободного падения на поверхности Ио равна 1,79 м/с2.
Наблюдая за положением Ио в ночном небе, легко определить стремительность его движения. Небесное тело постоянно меняет свое положение относительно планетарного диска материнской планеты. Несмотря на довольно внушительное собственное гравитационное поле спутника, Ио не в состоянии содержать постоянно плотную и однородную атмосферу. Тонкая газовая оболочка вокруг луны Юпитера — практически космический вакуум, не препятствует выбросу продуктов извержения в космическое пространство. Этим и объясняется огромная высота столбов вулканических выбросов, происходящих на Ио. В отсутствие нормальной атмосферы на поверхности спутника преобладают низкие температуры, до -183° С. Однако такая температура не является однородной для всей поверхности спутника. На инфракрасных снимках, полученных с космического зонда «Галилео», была видна неоднородность температурного слоя поверхности Ио.
На основной площади небесного тела преобладают низкие температуры. На температурной карте такие области окрашены в синий цвет. Однако в ряде мест на поверхности спутника имеются ярко-оранжевые и красные пятна. Это районы наибольшей вулканической активности, где на обычных снимках извержения видны и хорошо просматриваемы. Вулкан Пеле и лавовый поток Локе — самый горячие области на поверхности спутника Ио. Температура в этих областях варьируется в пределах 100-130° ниже нуля по шкале Цельсия. Маленькие красные точки на температурной карте — кратеры действующих вулканов и места разломов в коре. Здесь температура достигает значений 1200-1300 градусов Цельсия.
Структура спутника
Не имея возможности высадиться на поверхность, ученые сегодня активно работают над моделированием структуры юпитерианской луны. Предположительно спутник состоит из силикатных пород, разбавленных железом, что свойственно строению планет земной группы. Это подтверждает и высокая плотность Ио, которая выше чем у ее соседей — Ганимеда, Каллисто и Европы.
Современная модель, составленная на основе данных, полученных космическими зондами, выглядит следующим образом:
- в центре спутника железное ядро (сульфид железа), составляющее 20% массы Ио;
- мантия, состоящая из минералов астероидной природы, находится в полужидком состоянии;
- жидкий подповерхностный слой магмы толщиной 50 км;
- литосфера у спутника состоит из соединений серы и базальта, достигая толщины 12-40 км.
Оценивая данные, полученные при моделировании, ученые пришли к выводу, что у спутника Ио ядро должно иметь полужидкое состояние. Если в нем присутствуют вместе с железом соединения серы, его диаметр может достигать 550-1000 км. Если же это полностью металлизированная субстанция, размеры ядра могут колебаться в пределах 350-600 км.
Ввиду того, что при исследованиях спутника не было обнаружено магнитного поля, процессы конвекции в ядре спутника отсутствуют. На этом фоне возникает естественный вопрос, каковы же истинные причины такой интенсивной вулканической деятельности, откуда вулканы Ио черпают свою энергию?
Незначительные размеры спутника не позволяют говорить о том, что разогрев недр небесного тела осуществляется за счет реакции радиоактивного распада. Основной источник энергии внутри спутника – приливное воздействие своих космических соседей. Под действием гравитации Юпитера и соседних спутников Ио совершает колебания, двигаясь по собственной орбите. Спутник словно раскачивается, испытывая во время движения сильную либрацию (равномерное покачивание). Эти процессы приводят к искривлению поверхности небесного тела, вызывая термодинамический нагрев литосферы. Это можно сравнить с изгибом металлической проволоки, которая в месте сгиба сильно нагревается. В случае с Ио все перечисленные процессы происходят в поверхностном слое мантии на границе с литосферой.
Спутник покрыт сверху отложениями — результатами вулканической деятельности. Их толщина варьируется в диапазоне 5-25 км в местах основной локализации. По своему цвету, это темные пятна, сильно контрастирующие с ярко-желтой поверхностью спутника, вызванные излияниями силикатной магмы. Несмотря на большое число действующих вулканов, общая площадь вулканических кальдер на Ио не превышает 2% от площади поверхности спутника. Глубина вулканических кратеров незначительна и не превышает 50-150 метров. Рельеф на большей части небесного тела равнинный. Только на некоторых участках присутствуют массивные горные цепи, например, комплекс вулкана Пеле. Помимо этого вулканического образования на Ио выявлены горный массив вулкана Патера Ра, горные цепи и массивы различной протяженностью. У большинства из них имеются названия, созвучные земным топонимам.
Вулканы спутника Ио и его атмосфера
Самыми любопытными объектами на спутнике Ио являются его вулканы. Размеры областей с повышенной вулканической активностью колеблются в диапазоне от 75 до 300 км. Еще первый «Вояджер» во время своего полета зафиксировал на Ио процесс извержения сразу восьми вулканов. Через несколько месяцев снимки, сделанные космическим кораблем «Вояджер» в 1979 году, подтвердили информацию, что извержения в указанных точках продолжаются. На том месте, где располагается самый крупный вулкан Пеле, была зафиксирована самая высокая температура на поверхности, +600 градусов по Кельвина.
Последующие изучения информации с космических зондов позволили ученым-астрофизикам и геологам разделить все вулканы Ио по следующим типам:
- самые многочисленные вулканы, которые имеют температуру 300-400 К. Скорость выброса газов составляет 500 м/с, а высота столба выбросов не превышает 100 км;
- ко второму типу относятся самые горячие и самые мощные вулканы. Здесь можно говорить о температурах в 1000К в самой кальдере вулкана. Для этого типа характерны высокая скорость выброса — 1,5 км/с, гигантская высота газового султана – 300-500 км.
Вулкан Пеле принадлежит как раз ко второму типу, имея кальдеру диаметром 1000 км. Отложения в результате извержений этого гиганта занимают огромную площадь — один млн. километров. Не менее интересным выглядит и другой вулканический объект – Патера Ра. С орбиты этот участок поверхности спутника напоминает морское головоногое животное. Змеевидные лавовые потоки, отходящие от места извержения, протянулись на 200-250 км. Тепловые радиометры космических аппаратов не позволяют точно определить природу этих потоков, как и в случае с геологическим объектом Локи. Диаметр его составляет 250 км и по всей вероятности это озеро, наполненное расплавленной серой.
Высокая интенсивность извержений и огромные масштабы катаклизмов не только постоянно меняют рельеф спутника и ландшафт на его поверхности, но и формируют газовую оболочку — подобие атмосферы.
Основной компонент атмосферы спутника Юпитера — диоксид серы. В природе это сернистый газ, не имеющий цвета, однако обладающий резким запахом. В качестве дополнения наряду с диоксидом серы в газовой прослойке Ио выявлены монооксид серы, хлорид натрия, атомы серы и кислорода.
Диоксид серы на Земле является распространенной пищевой добавкой, которая активно применяется в пищевой промышленности в качестве консерванта Е220.
Тонкая атмосфера спутника Ио неравномерна по своей плотности и толщине. Этим же непостоянством характеризуется и атмосферное давление спутника. Максимальное значение атмосферного давления Ио составляет 3 нбар и наблюдается в районе экватора на полушарии, обращенном к Юпитеру. Минимальные значения атмосферного давления выявлены на ночной стороне спутника.
Султаны раскаленных газов — не единственная визитная карточка спутника Юпитера. Даже при условии наличия сильно разряженной атмосферы, в экваториальной области над поверхностью небесного тела можно наблюдать сияния. Эти атмосферные явления связаны с воздействием космической радиации на заряженные частицы, поступающие в верхние слои атмосферы в процессе извержения вулканов Ио.
Исследования спутника Ио
Детальное исследование планет газовых гигантов и их систем началось в 1973-74 годах с миссий космических автоматических зондов «Пионер-10» и «Пионер-11». Эти экспедиции предоставили ученым первые снимки спутника Ио, на основании которых уже были сделаны более точные расчеты размеров небесного тела и его астрофизических параметров. Следом за «Пионерами» к Юпитеру отправились два американские космических зонда «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Второму аппарату удалось максимально приблизиться к Ио на расстояние 20 тыс. км и сделать более качественные снимки с близкого расстояния. Именно благодаря работе «Вояджеров» астрономы и астрофизики получили информацию о наличии на этом спутнике активной вулканической деятельности.
Миссию первых космических зондов, изучавших космическое пространство около Юпитера, продолжил аппарат НАСА «Галилео», запущенный в 1989 году. Спустя 6 лет корабль добрался до Юпитера, став его искусственным спутником. Параллельно с изучением планеты-гиганта автоматический зонд Галилео сумел передать на Землю данные о поверхности спутника Ио. Во время орбитальных полетов с борта космического зонда в земные лаборатории поступала ценная информация о строении спутника и данные о его внутренней структуре.
После непродолжительного перерыва в 2000 году эстафету в изучении самого уникального спутника Солнечной системы перехватил космический зонд НАСА и ЕКА «Кассини-Гюйгенс». Изучение и обследованием Ио аппарат занимался во время своего долгого путешествия к Титану — спутнику Сатурна. Самые последние данные о спутнике были получены с помощью современного космического зонда «Новые горизонты», пролетевшего вблизи Ио в феврале 2007 года по дороге к поясу Койпера. Новую порцию снимков представили ученым наземные обсерватории и космический телескоп «Хаббл».
В настоящее время на орбите Юпитера работает аппарат НАСА «Юнона». Помимо исследования Юпитера его инфракрасный спектрометр продолжает изучение вулканической деятельности спутника Ио. Данные, передаваемые на Землю, позволяют ученым осуществлять мониторинг действующих вулканов на поверхности этого интереснейшего небесного тела.
Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них
Ио, наверное, самый известный из всех спутников Юпитера. Он является самым близким спутником к поверхности планеты. Отличие Ио от остальных спутников – бурная вулканическая активность на поверхности спутника. рекордсмен по вулканической активности в Солнечной системе, одновременно на его поверхности может извергаться более десятка вулканов. За время наблюдения космическими аппаратами, многие вулканы прекращают свою вулканическую активность, а другие наоборот, начинают интенсивно извергаться.
История открытия спутника Ио.
Спутник Ио был открыт в далеком 1610 году очень известным ученым-астрономом Галилео Галилеем. Интересно то, что Галилей открыл этот спутник с помощью сконструированного им самим телескопом, который мог наблюдать за такими небольшими и далекими космическими телами.
Симон Мариус так же претендовал на факт открытия спутника именно им, во время наблюдений за спутниками Юпитера за год до его официального открытия в 1909 году, но Симон не успел вовремя опубликовать данные о своем открытии.
Название для этого спутника “Ио” предложил никто иной как Симон Мариус, но это название долгое время не использовалось. Галилей назвал четыре открытые им спутника Юпитера порядковыми номерами и Ио получил свой заслуженный первый номер. Но это было не совсем удобно и в последствии первый спутник Сатурна начали называть Ио.
Благодаря своей большой вулканической активностью поверхность Ио постоянно меняется. Рельефы спутника с каждым годом сильно изменяются. Такой вулканической активностью Ио обязан планете Юпитер. Сила тяжести у этого гиганта просто невероятная и планета заставляет магму внутри спутника постоянно двигаться и извергаться на поверхность Ио. Из-за огромной силой тяжести Юпитера вулканы Ио выбрасывают магму на расстояние до 300 км. от поверхности со скоростью 1 км./сек.
Ио не похож на другие спутники газовых гигантов, в которых в основном содержится лед и аммиак. Ио больше похож на планеты земной группы , содержащие минералы и горные породы на поверхности. У Ио имеется ядро из жидкого железа, которое создает спутнику свое магнитное поле. Радиус спутника не превышает 1000 километров. На поверхности спутника, помимо извергающихся вулканов, также есть неактивные горные образования, длинные реки из расплавленной магмы и озера жидкой серы.
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.
Орбита = 422 000 км от Юпитера
Диаметр = 3630 км
Масса = 8.93*1022 кг
Ио - третий по величине и ближайший спутник Юпитера. Ио немного больше, чем Луна - спутник Земли. Ио была первой возлюбленной Зевса (Юпитера), которую он превратил в корову, чтобы попытаться скрыть от ревнивой Геры. Ио открыли Галилей и Мариус в 1610 году.
В отличие от большинства спутников во внешней солнечной системе Ио и Европа подобны по составу планетам земной группы, прежде всего наличием силикатных горных пород. Последние данные со спутника Galileo показывают, что Ио имеет железное ядро (возможно, смесь железа с сульфидом железа) радиусом по крайней мере 900 км.
Поверхность Ио радикально отличается от поверхности любого другого тела Солнечной системы. Это было совершенно неожиданным открытием, сделанным учеными с помощью корабля Voyager. Они ожидали увидеть поверхность, покрытую кратерами, как на других телах с твердой поверхностью, и оценить по ним возраст поверхности Ио. Но на Ио найдено очень мало кратеров, следовательно, его поверхность очень молода.
Вместо кратеров Voyager 1 обнаружил сотни вулканов. Некоторые из них активны! Фотографии извержений с факелами высотой 300 км были переданы на Землю кораблями Вояджером и Галилео. Это было первое реальное доказательство того, что ядра других тел земной группы также горячи и активны. Материал, прорывающийся из вулканов Ио, является некоторой разновидностью серы или двуокиси серы. Вулканические извержения быстро изменяются. Только за четыре месяца, прошедшие между полетами Voyager 1 и Voyager 2, некоторые из вулканов перестали действовать, но появились другие.
Недавние изображения, полученные с помощью телескопа NASA c инфракрасной камерой в Mauna Kea на Гавайях, показывают новое и очень большое извержение. Изображения с Galileo также показывают много изменений со времени полета Вояджера. Эти наблюдения подтверждают, что поверхность Ио действительно очень активна.
Ландшафты Ио удивительно разнообразны: котлованы глубиной до нескольких километров, озера расплавленной серы (ниже справа), горы, которые не являются вулканами, потоки из какой-то вязкой жидкости (некая разновидность серы?), тянущиеся на сотни километров, и вулканические жерла. Сера и серосодержащие смеси дают широкий диапазон цветов, которые наблюдаются на снимках Ио.
Анализ снимков, полученных Вояджером, приводил ученых к предположению о том, что потоки лавы на поверхности Ио состоят главным образом из расплавленной серы с различными примесями. Однако последовательные наземные инфракрасные исследования указывают, что они слишком горячи для того, чтобы быть жидкой серой. Одна из идей по этому поводу состоит в том, что лава на Ио является расплавленной силикатной горной породой. Недавние наблюдения указывают, что это вещество может содержать натрий.
Некоторые из самых горячих пятен на Io достигают температур 1500 K, хотя средняя температура намного ниже, приблизительно 130 K.
Энергию для всей этой активности Ио, возможно, получает благодаря приливным взаимодействиям с Европой, Ганимедом и Юпитером. Хотя Ио, подобно Луне, всегда повернута одной и той же стороной к Юпитеру, все же влияние Европы и Ганимеда вызывает небольшие колебания. Эти колебания вытягивают и изгибают поверхность Ио на целых 100 метров и генерируют теплоту, в результате чего поверхность нагревается.
Ио пересекает линии магнитного поля Юпитера, генерируя электрический ток. Хотя он мал по сравнению с приливным нагревом, этот ток может нести более чем 1 триллион Вт. Недавние данные с Galileo указывают, что Ио может иметь собственное магнитное поле, как Ганимед. На Ио очень разряженная атмосфера, состоящая из двуокиси серы и, возможно, некоторых других газов. В отличие от других спутников Юпитера, на Ио очень мало или вообще нет воды.
Согласно последним данным космического корабля Galileo вулканы на Ио очень горячи и включают в себя незнакомые ингредиенты. Спектрометр ближнего инфракрасного диапазона, установленный на Galileo, обнаружил чрезвычайно высокие температуры внутри вулканов. Они оказались намного выше, чем считалось ранее. Спектрометр способен обнаруживать тепло вулкана и указывать расположение различных материалов на поверхности Ио.
Внутри вулкана Пеле (Pele), названного по имени мифологической Полинезийской богини огня, температура намного выше температуры внутри любого из вулканов на Земле - она составляет около 1500° С. Возможно, что миллиарды лет назад вулканы на Земле были такими же горячими. Теперь ученых интересует следующий вопрос: все ли вулканы на Ио извергают такую горячую лаву, или большинство вулканов подобны базальтовым вулканам на Земле, которые выбрасывают лаву с более низкими температурами - около 1200° С?
Еще до того, как Galileo подлетел близко к Ио в конце 1999 - начале 2000 года, было известно, что на Ио есть два больших вулкана с очень высокой температурой. Теперь же Galileo обнаружил, что на Ио существует больше высокотемпературных районов, чем показывали отдаленные наблюдения. Это означало, что на Ио могут быть и намного меньшие вулканы с очень горячей лавой.
Один из наиболее активных вулканов на Ио - вулкан Прометей. Его выбросы газа и пыли были зафиксированы и ранее космическим кораблем Voyager, и теперь - Galileo. Вулкан окружен кольцом яркой двуокиси серы.
Как уже было сказано, спектрометр, установленный на борту Galileo, может распознавать различные вещества путем определения их способности поглащать или отражать свет. Таким образом был обнаружен не известный до сих пор материал. По предположениям ученых это мог быть минерал, содержащий железо, типа пирита, присутствующий в силикатной лаве. Но дальнейшие исследования показали, что, вероятнее всего, это вещество не поднимается на поверхность вместе с лавой, а скорее выбрасывается вулканическими факелами. Возможно, что идентификация этого таинственного состава потребует экспериментов в лаборатории при использовании данных наблюдений космического корабля.
Ио имеет твердое металлическое ядро, окруженное каменной мантией, как у Земли. Но под действием гравитации Луны форма Земли искажается слабо. А вот форма Ио под влиянием Юпитера искажается гораздо сильнее. Фактически, Ио постоянно имеет овальную форму из-за вращения и приливного влияния Юпитера. Корабль Galileo измерил полярную гравитацию Ио, когда облетал его в мае 1999 года. При известном гравитационном поле можно определить внутреннюю структуру Ио. Взаимосвязь между полярной и экваториальной гравитацией показывает, что Ио имеет большое металлическое ядро, по большей части железное. Металлическое ядро Земли генерирует магнитное поле. Пока не известно, генерирует ли металлическое ядро Ио свое магнитное.
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.
