Планета Юпитер

 

Астрономы, изучающие  планеты, часто используют термин «криовулканизм» для описания ледяного, а не кремниевого вулканизма. Хотя наиболее распространенным компонентом льда Европы является вода, по-видимому, в ней содержатся также различные соли (сульфаты, карбонаты и хлориды магния, натрия и калия), появляющиеся в результате реакций между водой и нижележащими камнями. Спектроскопические данные, полученные с Европы, показывают «засоленные» участки поверхности, содержащие гидратированные сульфаты магния или карбонаты натрия. Впрочем, на этих участках отмечено и присутствие замерзшей серной кислоты.

Подобные загрязнения  могут привести к тому, что любой  расплав такого льда будет обладать значительно большей вязкостью (то есть меньшей текучестью), чем чистая вода. Если при извержении образуется лава такого типа, она вовсе не обязательно будет течь достаточно далеко, прежде чем затвердеть. Особенно если будет соприкасаться с холодной поверхностью и космическим вакуумом на холодных окраинах Солнечной системы. Загрязнения позволяют также льду плавиться при более низких температурах, чем водяному льду: соли могут понижать температуру плавления на несколько, а серная кислота — на 55°.

Возможно, гребни Европы — это просто криовулканические  потоки, изливающиеся из центральных  трещин. Однако такая лава может  вообще не течь по поверхности планеты, а извергаться из трещины в полурасплавленном состоянии в результате умеренной взрывной активности, подобно «огненным фонтанам», поднимающимися над вулканическими трещинами на Земле. Затем такая лава сплавляется и опускается на поверхность с одной стороны трещины, образуя гребень.

Независимо  от подобных рассуждений, кажется очевидным, что каждая трещина должна представлять собой открытие расширяющегося разлома  в коре. Этого не могло бы произойти, если бы само планетарное тело не расширялось, что выглядит маловероятным. Следовательно, на Европе должны присутствовать регионы, где поверхность была бы повреждена пропорционально расширению коры. Наиболее вероятными кандидатами на такую роль являются регионами, называемые «хаосом». Часть такого региона показана на рис. 28. Это типичные яркие равнины коры, разрушенные на отдельные льдины, которые дрейфуют в разные стороны, возможно, в силу того, что нижележащий жидкий океан выходит на поверхность. Области между такими льдинами — это нагромождение грязи, напоминающей вновь замерзший морской лед на Земле. Некоторые льдины могут быть соединены, но совершенно очевидно, что многих кусочков  головоломки недостает. Возможно, недостающие льдины утонули или затянуты под поверхность.

Регионы, подобные показанным рис. 28, на снимках Voyager кажутся пятнистыми поверхностями. Точно так же выглядит и район, показанный на рис. 29. Здесь поверхность, которая на предыдущих снимках выглядела обычной яркой поверхностью, предстает испещренным значительным количеством «куполов» до 15 км в диаметре. Вероятно, это связано с подъемом расплавленного или полурасплавленного вещества низкой плотности (в геологии называемого «диапиром») к поверхности. В некоторых случаях такой подъем оказывается настолько сильным, что разрывает её и создает небольшой регион хаоса.

 

Рис. 28. 60-километровый участок поверхности Европы, называемый областью Конамара. Снимок сделан зондом Galileo. Поверхность бывшей равнины растрескалась на плавучие льдины, которые движутся под воздействием таяния и замерзания. Яркие пятна в левой части снимка — это свежие выбросы из 26-километрового кратера воздействия, расположенного примерно в тысяче километров к югу.

 

Рис. 29. 60-километровый участок поверхности Европы, сделанный Galileo. Этот район совпадает с пятнистыми равнинами на снимках Voyager. Мы видим яркие равнины, испещренные множеством «куполов», которые кое-где разрывают поверхность.

 

Хотя мы слишком  мало знаем о процессах, влияющих на поверхность Европы, очевидно, что  история этого спутника весьма сложна. Сегодня мы не можем с уверенностью определить возраст каждого участка поверхности, но налицо явные признаки того, что под поверхностным льдом кроется жидкость. Соленый океан, скрытый несколькими километрами льда, вовсе не обязательно должен быть враждебной средой для любой формы жизни. Жизнь под ледяной коркой может быть более богатой и сложной, чем та, следы которой мы пытаемся обнаружить на Марсе. В глубинах земных океанов существуют сообщества живых организмов, которые не зависят от фотосинтеза растений, а полагаются вместо этого на бактериоподобные микробы и химическую энергию горячих источников («гидротермальные отверстия») на океаническом дне.

Согласившись  с тем, что Европа ощущает приливный нагрев, мы можем определить области, где вода опускается до каменистой мантии, нагревается, вымывает из камня химикаты и насыщается энергией гидротермальных отверстий, где существует жизнь. Это может показаться фантастикой. Но гидротермальные отверстия сегодня считаются наиболее вероятным источником возникновения жизни на Земле. Так почему же этого не может произойти на Европе? Вполне вероятно, что наполненный жизнью океан под ледяной коркой и послужит основным стимулом к дальнейшему исследованию Европы.

Предполагаемая  миссия к Европе (см. табл. 2) своей первоначальной целью ставит доказательство существования жидкого океана под ледяной коркой. А также выявление участков поверхности, где лед достаточно тонок. И всё это — для дальнейшего приземления и запуска автоматических субмарин под ледяную корку для выявления горячих источников и окружающей их жизни.

Гравитационные  воздействия с использованием альтиметров для определения высоты приливов, вызываемых на Европы влиянием Юпитера (всего 1м, если лед достаточно прочен, но около 30 м при его толщине 10 км), и радаров, проникающих сквозь лед, позволили составить карту толщины льда на Европе. На снимках высокого разрешения можно увидеть места недавних извержений.

Вероятно, наиболее перспективным участком для будущего изучения Европы является озеро Восток площадью 10 км², скрытое четырехкилометровой толщей льда, обнаруженное в Антарктиде в 1996 году. Его воды изолированы от поверхности на протяжении 30 миллионов лет. Внутри этого озера могла сложиться уникальная экосистема. Развитие технологии вскоре позволит вскрыть лед и исследовать озеро, а также избежать биологического загрязнения этой уникальной среды.

 

Ганимед

 Рис. 30. Снимок Ганимеда.

 

Ганимед — это  крупнейший планетарный спутник  в Солнечной системе. Он даже больше Меркурия почти на 500 км (хотя меньше его по массе). Внешне этот спутник больше всего похож на Луну. На рис. 32 он показан в сравнении с ближайшей соседкой Каллисто. Хотя два эти спутника почти одинаковы по размерам, исследования плотности показывают соотношение камня и льда на поверхности как 60:40. Галилей считал Ганимед самостоятельным небесным телом с внутренним железистым ядром (составляющим 22% его радиуса) и ледяной мантией. Но Каллисто является дифференцированной лишь в небольшой степени.

Различия в  эволюции между двумя этими телами объясняются тем, что Ганимед ранее испытывал значительно боле интенсивный приливный нагрев, чем сегодня, в то время как Каллисто такого нагрева, приливного или иного, не испытывала никогда. Ганимед обладает магнитным полем, сила которого составляет примерно 1% от силы магнитного поля Земли. Оно может быть сгенерировано либо ядро, либо соленым океаном, скрытым под коркой льда.

Обладая альбедо  в 0,45, поверхность Ганимеда гораздо  темнее, чем у Европы. Спектроскопические исследования показывают, что она  покрыта водяным льдом с отдельными включениями замерзшего углекислого газа. Темный цвет обусловлен кремниевыми минералами и толинами. В некоторой степени темный цвет поверхности объясняется значительным возрастом поверхности Ганимеда, а следовательно, и более продолжительным воздействием солнечной радиации, вызвавшим образование толинов и концентрацию кремниевых минералов в реголите, а также уменьшением количества льда во время воздействий. Выявлены также следы кислорода и озона внутри льда, как на Европе. Galileo выявил весьма слабую (и постоянно уменьшающуюся) атмосферу из водорода, высвобождающегося при расщеплении молекул воды.

Самым примечательным свойством его поверхности оказалось  наличие многочисленных ветвящихся «пучков» длинных параллельных борозд (желобов) и вытянутых хребтов, сосредоточенных в светлых областях. С ними соседствует много темных областей, сильно изрытых кратерами, сравнительно неглубокими, диаметром от единиц до нескольких десятков километров. В то же время на поверхности светлых областей кратеров значительно меньше (хотя и больше, чем, например, на лунных морях). Особенно выделяется крупная темная область на противоположной к Юпитеру стороне Ганимеда, протяженностью свыше 3000 км. Она, вероятно, представляет собой пример наиболее древней коры, не закрытой более поздними отложениями, как это случалось со светлыми областями. В некоторых темных областях угадываются остатки старых больших котловин. С образованием одной из громадных древних котловин связаны широко различимые расходящиеся концентрические кольца, возникшие при ударе.

Ширина «пучков» достигает нескольких сотен, а длина  — нескольких тысяч километров, отдельные борозды имеют ширину от 5 до 15 км и глубину несколько сотен метров (последнее определено по величине отбрасываемой тени). В областях наибольшего сосредоточения они разделяют всю поверхность на отдельные многоугольники размером в несколько сотен километров. Высказываются предположения, что такие ландшафты запечатлели период наибольшей геологической активности этого спутника, когда кора была особенно подвижной, и происходили тектонические процессы, в чем-то напоминающие перемещения и деформации материковых платформ на Земле. При этом образовались складки за счет горизонтальных сдвигов, с относительными смещениями и перпендикулярными ответвлениями, а также отдельные хребты, «выжатые» из возникавших трещин в коре. Эти образования моложе темных областей, о чем опять же можно судить по числу кратеров, плотность которых на этих участках поверхности приблизительно на порядок меньше. По своему возрасту они, вероятно, соответствуют морским районам на Луне.

40% поверхности  Ганимеда представляют собой  древнюю мощную ледяную кору, покрытую многочисленными метеоритными  кратерами. Эта кора была частично  разломана и обновлена активными  геологическими процессами примерно 3,5 млрд. лет назад. Те же процессы породили странные области, покрытые бороздами, они занимают остальные 60% площади Ганимеда.

Подобно Европе, поверхность Ганимеда покрыта льдом. Помимо сравнительно высокого альбедо  и спектров отражения в ближней инфракрасной области, убедительным свидетельством существования поверхностного льда служат кратеры, образующиеся при ударе метеоритов. Примеры таких кратеров видны на фотоснимке участка поверхности Ганимеда (рис. 31). В отличие от лунных или марсианских, у них вогнутое дно, образующееся при быстром замерзании текучего, а не сыпучего материала. Крупный кратер в верхней части снимка имеет диаметр около 150 км, очень хорошо видна лучевая структура, наслоения выброшенного льда вокруг кратера, выбросы и обнажения «свежего» льда вдоль лучей. Отсутствие значительных вариаций высоты на поверхности (свыше 1 км) также свидетельствует в пользу представлений  о ледяной поверхности Ганимеда.

Рис. 31. Фрагмент поверхности Ганимеда со «звездами» льда вокруг кратеров ударного происхождения; «звезды» свидетельствуют о ледяной коре спутника (снимок Voyager 1).

 

Рис. 32. Ганимед (слева) и Каллисто (справа) под одним и тем же углом зрения. Четкое различие между светлыми и темными поверхностями на Ганимеде очевидно. На Каллисто таких различий нет, её поверхность является довольно темной (на снимке для большей наглядности повышена яркость). Яркие пятна на обоих небесных телах — это относительно молодые кратеры воздействия, ставшие заметными благодаря покрывающему их окрестности светлому выброшенному материалу.

 

Рис. 33. 600-километровый участок поверхности Ганимеда. Снимок сделан Galileo. На нем видны пояса светлых поверхностей, пересекающие темные (внизу слева) и несколько поколений светлых поверхностей (в верхней части снимка). Мы видим множество молодых кратеров воздействия на обоих типах поверхности, а также темные поверхности, испещренные большим количеством более древних кратеров.

 

На рис. 32 заметны два типа поверхности на Ганимеде — более светлая и более темная. При большем разрешении (рис. 33) заметно, что светлые поверхности моложе, чем темные, поскольку пояса светлых поверхностей пересекают ранее существовавшие следы темного материала. Однако плотность кратеров воздействия на обоих типах поверхности и показывает, что оба они являются очень древними. По-видимому, их возраст составляет 3 миллиарда лет.

Если рассмотреть  снимок более подробно, становится ясно, что множество областей светлых поверхностей объясняют соотношение между светлыми и темными участками на Ганимеде. Снимки, подобные представленному на рис. 33, и другие, сделанные при высоком разрешении, показывают сложную желобчатую природу светлых поверхностей, что связывает Ганимед и Европу.

Мы не можем  сказать, что процессы, протекающие  на обоих планетах, были одинаковыми. Основное различие между двумя телами заключается в том, что на Европе мы находим множество доказательств движения поверхности для того, чтобы высвободить место новой формации, образовавшейся в местах разломов. На Ганимеде следы латерального движения менее заметны. Светлые поверхности Ганимеда занимают площади, где более старая поверхность опустилась в результате разлома, позволив криовулканическим жидкостям вырваться наружу. Ученые продолжают спорить о том, являются ли желобки в рамках каждого пояса светлой поверхности криовулканическим разломом или отражают последующие деформации, возможно, связанные с внутренними разломами.

 

Каллисто

 Рис. 34. Снимок Каллисто.

 

Самым старшим  в семействе спутников Юпитера, обладающим наибольшей степенью насыщенности ударными кратерами не только среди галилеевских спутников, но вообще среди известных нам небесных тел, оказался спутник Каллисто. Если представить Юпитер 10-сантиметровым шаром (яблоком), то Каллисто будет 3-миллиметровой булавочной головкой на расстоянии 130 см от него. Плотность кратеров в ряде областей Каллисто, уступающем Ганимеду по своим размерам, видимо, достигла величины, близкой к предельной, о чем можно судить по мозаичному изображению его диска, составленному из 9 фотоснимков, переданных «Voyager 2» (рис. 35). Число только крупных кратеров достигает нескольких сотен, вокруг нескольких из них наблюдаются яркие лучи.