Galileevy sputniki

GALILEEVY SPUTNIKI Yupitera - sistema iz chetyreh lunopodobnyh sputnikov Yupitera, otkrytyh ital. uchenym G. Galileem v 1610 g. Nem. astronom S. Mair (Marii) v 1614 g. nazval ih Io, Evropa, Ganimed i Kallisto (chasto oni numeruyutsya: JI, JII, JIII, JIV). Eti nazvaniya G. s. sohranilis' do nashih dnei. Otkrytie G. s. pokazalo, chto geocentrich. vospriyatie mira neverno, poskol'ku i drugie nebesnye tela mogut byt' centrami dvizheniya.

V 1675 g. datskii astronom O. Remer ispol'zoval G. s. dlya pervyh izmerenii skorosti sveta. K nachalu kosmich. ery u Yupitera bylo izvestno uzhe 12 sputnikov. Fotografii, poluchennye KA SShA "Voyadzher-1 i -2" (maksimal'noe sblizhenie s Yupiterom 350 tys. km 5 marta 1979 g. i 722 tys. km 9 iyulya 1979 g. sootvetstvenno), pozvolili dovesti chislo otkrytyh sputnikov Yupitera do 15. Bylo otkryto takzhe primykayushee k Yupiteru kol'co (vnesh. ego krai raspolozhen na rasstoyanii ok. 126 tys. km ot oblachnogo pokrova Yupitera). Massy G. s. dostatochno veliki, chtoby okazyvat' gravitac. vliyanie na dvizhenie drug druga. Poetomu ih orbital'nye periody (sm. tabl.) soizmerimy (kak 1:2 dlya par JI - JII, i JII - JIII i priblizitel'no kak 3:7 dlya JIII - JIV).

Parametry Galileevyh sputnikov

Sr. plotnost' veshestva G. s. sostavlyaet sootvetstvenno 3,5; 3,0; 1,9 i 1,8 g/sm³, t. e. plotnost' sputnikov padaet po mere udaleniya ot Yupitera. Eto svyazano, po-vidimomu, s vozrastaniem soderzhaniya v nih t. n. l'dov (voda, uglevodorody, vozmozhno, ammiak v tverdom sostoyanii). Esli l'dy na Io prakticheski otsutstvuyut, to soderzhanie ih na Kallisto dostigaet »50% (ih plotnost' pri vysokom davlenii »1,2 g/sm³). Maks. poverhnostnaya temp-pa G. s. lezhit v predelah 135- 165K, tak chto oni dolzhny byt' pokryty l'dom. Led N₂0 byl naiden spektroskopicheski na Evrope i Ganimede, nek-rye priznaki ego est' v spektre Kallisto. Paradoksal'ny otrazhayushie sv-va poverhnosti G. s.: al'bedo padaet ot »0,65 dlya Io i Evropy do 0,19 dlya Kallisto.

Kallisto

Vydelenie energii radioaktivnogo raspada v skal'nyh porodah vedet k povysheniyu temp-ry G. s. s glubinoi, sodeistvuet gravitac. razdeleniyu l'dov i "skal" i vozniknoveniyu u G. s. skal'nyh yader. Pervye modeli stroeniya sputnikov predpolagali nalichie zhidkoi vody pod ledyanoi koroi tolshinoi ~100 km. Schitalos', chto teplota otvoditsya naruzhu blagodarya teploprovodnosti l'da. Odnako okazalos', chto mehanizm tverdotel'noi termich. konvekcii vo l'du sposoben bez nalichiya zhidkoi vody obespechit' vynos energii v ~10³ raz bol'shii, chem mehanizm teploprovodnosti. Poetomu yadra vnesh. G. s. dolzhny byt' okruzheny tverdymi obolochkami iz l'dov s vkrapleniem oblomkov skal'nyh porod, zahvachennyh konvekciei (konvekciya v obolochkah podobna global'noi tektonike na Zemle). Na izobrazheniyah, poluchennyh "Voyadzherom-1 i -2" s razresheniem do 1-3 km (ris. 1), na Kallisto i osobenno na Ganimede krome meteoritnyh kraterov vidny mnogochislennye sdvigi, terrasy, proborozhdennye sistemami peresekayushihsya i parallel'nyh lozhbin, sledy sbrosov, razlomov i t. p. Po-vidimomu, malaya prochnost' l'dov i ih tekuchest' ne dayut vozmozhnosti poyavit'sya vysokim goram (vysota rel'efa poryadka nesk. soten m). Interesno nalichie kak na Kallisto, tak i na Ganimede dvuh pochti antipodnyh krupnomasshtabnyh struktur (radiusom 600-1500 km), sostoyashih minimum iz 8-10 kol'cevyh koncentrich. valov. Struktury napominayut zatoplennye lavoi gigantskie udarnye kratery na Lune i Merkurii. Odnako otsutstvie centr. kratera i radial'nyh vybrosov, a takzhe umen'shenie chisla melkih udarnyh kraterov no mere priblizheniya k centru etih struktur pozvolyayut predpolozhit', chto eto - mesta vyhoda voshodyashih konvektivnyh potokov v ledyanoi obolochke.

Evropa

Plotnost' meteoritnyh kraterov na Kallisto - samaya vysokaya v Solnechnoi sisteme, na Ganimede ih plotnost' raza v tri men'she i sopostavima s lunnoi, hotya dolzhna byla by byt' vdvoe bol'shei iz-za prityazheniya meteoritov Yupiterom. T. o., poverhnost' u Kallisto bolee drevnyaya, chem u Ganimeda, i vozmozhno, sohranilas' so vremeni vozniknoveniya G. s. Za vremya zhizni Solnechnoi sistemy s poverhnosti G. s. mog isparit'sya sloi l'da tolshinoi »1 m, a poverhnost' okazat'sya pokrytoi soderzhavshimisya vo l'du inorodnymi vklyucheniyami. Etim mozhno ob'yasnit' nizkoe al'bedo Kallisto.

Na Evrope bol'shih kraterov voobshe net. Naideny vsego tri kratera diametrom »20 km i sledy mnogih melkih, otkuda sleduet, chto ee svetlaya ledyanaya poverhnost' ne starshe nesk. soten mln. let. Dlya Evropy harakterny mnogochisl. temnye (rezhe svetlye) polosy shirinoi ot nesk. km do i »70 km, napominayushie razlomy, s perepadom vysot ne bol'she nesk. desyatkov m. Polosy peresekayut drug druga, nek-rye obrazuyut krugi, inogda opoyasyvayushie ves' sputnik. Priroda polos poka neyasna.

Na Io udarnye kratery ne obnaruzheny; po-vidimomu, poverhnost' Io bystro izmenyaetsya, ee vozrast ocenivayut primerno v 10 mln. let. Poverhnost' pokryta kraterami potuhshih vulkanov, v polyarnyh raionah gromozdyatsya gory vysotoi do 10 km. Naibolee vpechatlyayushim yavilos' otkrytie "Voyadzherom-1" vos'mi deistvuyushih vulkanov, neobychno aktivnyh po zemnym masshtabam. Vysota vulkanich. vybrosov dostigaet 100-200 km, chto sootvetstvuet nachal'noi skorosti vybrosov 0,6-1 km/s (na Zemle redko 0,3-0,6 km/s); ko vremeni proleta "Voyadzhera-2" odin vulkan potuh, no po krainei mere shest' prodolzhalo deistvovat'. Vse oni raspolozheny v nizkih shirotah. V etom zhe poyase, no v znachit. stepeni antipodno vulkanam, obnaruzheny obshirnye nagretye oblasti s temp-roi na »50K vyshe, chem u okruzhayushei poverhnosti. Nazemnye nablyudeniya pokazali, chto v raionah vulkanich. aktivnosti sushestvuyut takzhe oblasti s temp-roi »560K, no ih ploshad' sostavlyaet lish' »5^.10^-5 poverhnosti diska Io.

Io

Otkrytie moshnogo vulkanizma na Io bylo dlya bol'shinstva issledovatelei sovershenno neozhidannym, t. k. dlya ego sushestvovaniya neobhodimy nalichie letuchih veshestv i dopolnit. istochnik energii (na Lune i Marse seichas net aktivnyh vulkanov). Na Zemle rol' gaza, obuslovlivayushego izverzhenie, igrayut pary vody, na Io, kak pokazal spektr. analiz, eto O₂, a vozmozhno, i pary sery, k-roi, po-vidimomu, pokryty obshirnye uchastki poverhnosti. Vody na Io poka ne obnaruzheno, hotya v plazmennom kol'ce (tochnee, tore), protyanuvshemsya vdol' orbity Io i obrazovannom vulkanich. gazami, soderzhanie ionov kisloroda prevoshodit soderzhanie ionov sery bolee chem v pyat' raz.

Sushestvovanie vulkanov na Io svyazano s energetikoi prilivnyh vozdeistvii so storony Yupitera. Osevoe vrashenie G. s. prakticheski sinhronno s orbital'nym, no dvigayas' po slaboekscentrichnym orbitam (ekscentrisitet e = 0,004 dlya Io i 0,01 dlya Evropy), G. s. ispytyvayut deistvie periodicheski izmenyayushihsya sil prityazheniya k Yupiteru. Peremennye gravitac. sily izmenyayut deformaciyu G. s., i energiya deformacii chastichno prevrashaetsya v teplotu, nagrevayushuyu nedra G. s. Dlya Io vydelyayusheisya teploty dostatochno, chtoby rasplavit' veshestvo nedr. Pri etom deformaciya tverdoi kory eshe bolee usilivaetsya, chto vedet k progressiruyushemu uvelicheniyu prilivnogo energovydeleniya. V rezul'tate, soglasno raschetam, v tverdom sostoyanii ostaetsya poverhnostnaya kora tolshinoi vsego lish' ok. 18 km. Odnako prilivnoe energovydelenie maksimal'no v vysokih shirotah, i ne ochen' ponyatno, kak tonkaya kora zdes' mozhet podderzhivat' vysokie gory i pochemu, s dr. storony, vulkany i nagretye oblasti raspolozheny v nizkih shirotah.

Ris. 2. Shema vzaimodeistviya Io s magnitosferoi Yupitera; I - tok, tekushii cherez telo sputnika (Io).

Dr. istochnikom energii yavl. magn. pole Yupitera. Magnitosfera - oblast', gde sosredotochena okoloplanetnaya razrezhennaya plazma s "vmorozhennym" v nee magn. polem Yupitera, vrashaetsya vplot' do orbity Kallisto pochti kak celoe vmeste s planetoi (period »10 ch). Poskol'ku G. s. dvizhutsya po orbitam medlennee, s periodami, prevyshayushimi 10 ch, v nih navoditsya eds i voznikaet elektricheskii tok, k-ryi protekaet cherez ionosfery i tela sputnikov i zamykaetsya cherez okruzhayushuyu plazmu (sm. Magnitosfery planet). Tok techet vdol' magn. silovoi trubki, zaklyuchayushei sputnik, i zamykaetsya v verhnih slaboionizovannyh sloyah atmosfery Yupitera (ris. 2). Protekanie toka porozhdaet razlichnye neustoichivosti plazmy, vedushie, v chastnosti, k generacii radiovoln. Dekametrovoe radioizluchenie (moshnost'yu ~10⁸ Vt), svyazannoe s Io, izvestno s 60-h gg. 20 v. Iz dannyh "Voyadzhera-1" mozhno zaklyuchit', chto cherez Io i ego ionosferu techet tok»10 MA. Proizvedenie toka na eds daet verhnee znachenie elektrich. moshnosti, k-raya mozhet vydelyat'sya v tele sputnika. Ono mozhet byt' mnogo bol'she moshnosti radioaktivnogo energovydeleniya.

Osobennosti stroeniya Io mozhno popytat'sya ob'yasnit', napr., v ramkah sleduyushei modeli. Poskol'ku maks. eds generiruetsya v sputnike mezhdu samoi blizkoi i samoi dalekoi otnositel'no Yupitera tochkami, lezhashimi na ekvatore sputnika, to maks. dzhouleva energiya vydelyaetsya v nizkih shirotah, gde i raspolozheny vulkany. Energovydelenie razmazyvaetsya po dolgote iz-za slaboi asinhronnosti osevsgo i orbital'nogo vrashenii, vyzvannoi prilivnym vozdeistviem polya tyagoteniya Yupitera. Izbytochnoe energovydelenie v nizkih shirotah vyzyvaet global'nuyu konvekciyu veshestva sputnika, napravlennuyu u poverhnosti ot ekvatora k polyusam, gde pri stolknovenii formiruyushih koru plit vyrastayut gory.

Ganimed

Odnako nedavnie izmereniya teplovogo potoka s Io pokazali, chto on sostavlyaet »8^.10¹³ Vt, t. e. sil'no prevyshaet vozmozhnosti elektrich. nagreva. Takoi potok mozhet byt' obespechen tol'ko prilivnym energovydeleniem pri nalichii zhidkih nedr. Vopros o prirode obnaruzhennyh osobennostei stroeniya poverhnosti Io ostaetsya poka otkrytym.

Sistema G. s. vsegda igrala vazhnuyu rol' pri razrabotke koncepcii proishozhdeniya Solnechnoi sistemy. V chastnosti, prezhnie klassich. teorii obrazovaniya planetnoi sistemy usmatrivali opredelennuyu analogiyu mezhdu "skal'nymi" Io i Evropoi i planetami zemnoi gruppy, s odnoi storony, i mezhdu ledyanymi Ganimedom i Kallisto i planetami-gigantami - s drugoi. Schitalos', chto v oboih sluchayah razlichie obuslovleno otgonom letuchih komponentov (gazov, parov vody) na periferiyu sistemy pod deistviem izlucheniya goryachego centr. tela. Odnako raschety szhatiya molodogo Yupitera pokazali, chto ego temp-pa nikogda ne prevyshala 612K, tak chto u tela, nagrevaemogo izlucheniem Yupitera, na orbite Io temp-pa ne mogla byt' bol'she 145K, i voda zdes' mogla kondensirovat'sya. Eto zastavlyaet s raznyh pozicii podhodit' k processam formirovaniya planet Solnechnoi sistemy i G. s.

Dal'neishee izuchenie G. s. imeet bol'shoe znachenie dlya resheniya problemy proishozhdeniya Solnechnoi sistemy i putyah ee evolyucii.

Lit.: Marov M. Ya., Planety Solnechnoi sistemy, M., 1981; Yupiter, t. 1-3, per. s angl., pod red. T. Gerelsa, M., 1978-79.

(E.M. Drobyshevskii)