Здравствуйте, уважаемые посетители Клуба вольных ледорубов! Мы рады снова видеть вас на нашем сайте и надеемся, что заметки из серии «Космический лед» уже нашли своих читателей.
На этот раз мы решили познакомить поближе любителей ледяной тематики с Европой, но как вы поняли, речь пойдет не о части света. Эта статья расскажет о далекой загадочной ледяной луне, спутнице Юпитера – самой большой планеты нашей Солнечной системы.
Илл.1. Европа – спутник Юпитера
Помимо того, что Юпитер является газовым гигантом, как и его соседи: Сатурн, Уран и Нептун, он еще имеет самую многочисленную «семью» – к настоящему времени обнаружено 67 спутников, различающихся по своему размеру, составу и внешнему виду, а некоторые из них совершают ретроградное движение, т.е. направление их вращения вокруг планеты обратно направлению вращения планеты вокруг своей оси. Самые известные из них, и наиболее крупные были открыты в начале XVII века Галилео Галилеем (они так и называются «галилеевы спутники») – это Ганимед, Каллисто, Ио и Европа. Последняя из всего множества лун Юпитера представляет наибольший интерес для ученых.
Илл.2. Спутники Европа и Ио на фоне Юпитера в художественная обработке Бьорна Джонссона, 2003 г.
Наступление космической эры обозначило активное изучение рубежей Солнечной системы. Начиная с 1970-х годов пущенные «бороздить просторы Вселенной» спутники, такие как из серии «Пионер» и «Вояджер», помогли ученым познакомиться ближе с далекими космическими объектами. Аппараты и приборы, установленные на космических зондах, позволили получить данные о физических характеристиках изучаемых планет и их спутников, зафиксировать процессы, происходящие на поверхности и в атмосфере, создать модели космических тел, и, задаваясь относительно всего этого новыми вопросами, строить дальнейшие теории.
Европа является шестым по счету спутником Юпитера, находясь в среднем на расстоянии 671 000 км от планеты, сам же Юпитер отдален от Солнца на 779 млн км или 5.2 а.е. По своим размерам спутник чуть меньше нашей Луны (более 3100 км в диаметре). По внутреннему строению Европа близка планетам земной группы: в центре, предположительно, находится металлическое ядро, мантия состоит из силикатов, а кора спутника представляет собой толстый слой водного льда, и именно этот внешний слой и будоражит ученые умы.
До недавнего времени астрофизики считали, что лед на Европе, образует панцирь толщиной порядка 100 км. Но исследования, проведенные автоматической станцией «Галилео» в конце 1990-х годов привели ученых к мнению о наличии под ледяным щитом океана воды, и таким образом теоретически сократив в разы толщину поверхностного ледяного слоя. Более того, выдвигаются гипотезы о возможном существовании жизненных форм в подледном океане, наподобие тех, что присутствуют в океанских глубинах нашей планеты.
Илл.3. Варианты внутреннего строения спутника Европа.
Теоретически жидкий океан может быть обусловлен притяжением Юпитера, точнее эксцентриситетом (вытянутостью) орбиты Европы, т.е. спутник то приближается к планете, то отдаляется от нее, вследствие чего он испытывает деформацию и нагревается изнутри. Эндогенное тепло в свою очередь помогает оставаться подледному океану в жидком состоянии.
По другой версии причиной этому может служить наклон оси Европы, который в совокупности с гравитационными силами Юпитера вызывают особые океанические волны Россби, обладающие значительной кинетической энергией. Однако не будем вдаваться в подробности физических и геологических процессов, происходящих в глубинах спутника, а обратимся в связи с ними к ледяному панцирю, представляющему не меньший интерес.
Илл.4. Модель внутреннего теплообмена спутника.
Поверхность спутника считается одной из самых ровных в нашей звездной системе – перепады высот по оценкам исследователей не превышают несколько десятков метров, так что по космическим меркам Европу можно сравнить с бильярдным шаром. Вероятно, сглаживание поверхности происходит благодаря глубинным процессам, начиная от ядра и заканчивая ледяной толщей.
Европа обладает высоким показателем отражения света (альбедо), что свидетельствует о чистоте льда в поверхностном слое.
В ледяной панцирь Европа облачена благодаря очень низкому атмосферному давлению (меньше земного в 10¹² раз) и низкой температуре: в среднем минус 150 °C в экваториальной части и минус 220 °C на полюсах.
Образования на ледяной поверхности.
Линии.
Удивительно выглядит Европа на фотографиях, сделанных с космического зонда. Вся поверхность спутника опутана сеткой из линий разной толщины, которые расположены в различных направлениях. Глядя на фотоснимки, складывается впечатление, что космическое тело – это живой полупрозрачный организм.
Илл.5. Фрагмент поверхности Европы, область Minos Linea. Цвета искусственно усилены. Белые и синие оттенки – лед различной степени зернистости.
При более детальном рассмотрении, можно видеть, что линии представляют собой многочисленные трещины и углубления, усеянные по ледяной поверхности. По оценкам ученых некоторые такие разломы могут быть длиной свыше 3000 км и шириной несколько десятков километров. Исследователи связывают их возникновение с приливными силами, вызываемыми Юпитером, а упомянутую нами чуть выше деформацию спутник может испытывать не только внутри, но и снаружи: смещение предполагаемых водных масс и их давление изнутри на ледяную кору приводит к ее растрескиванию. Возможно также, что образование трещин и разломов происходит по причине движения огромных ледяных пластов, сродни движению тектонических плит на Земле, которые сталкиваются и перекрывают одна другую (процесс субдукции).
Илл.6. Модель движения ледяных пластов и образования поверхностных структур.
Загадкой для ученых стали цепочки дуг (циклоиды), показанные на иллюстрациях 7-8. Пока нет уверенного ответа на происхождение данных циклоид, но есть предположение, что это давние трещины в ледяной коре, образовавшиеся по ходу движения водоворотов подледном океане.
Илл.7. Циклоиды на поверхности Европы.
Илл.8. Циклоиды на поверхности Европы.
Равнины.
Существует версия, что гладкие равнинные участки Европы (на фотоснимках, как привило, они имеют темные оттенки) могли появиться благодаря воде, которая извергается из океанических недр, равномерно растекается по поверхности и замерзает, однако на сегодняшний день не представлено прямых доказательств криовулканизма на Европе, о котором мы расскажем в следующей статье из серии «Космический лед». Другой вид равнин – горные, представляют собой скопления или цепи хребтов, и считаются одними из древнейших образований на поверхности ледяной луны.
Илл.9. Горная равнина.
Хребты.
Процесс образования хребтов на Европе, также как и другие процессы, находится под вопросом. Предложено несколько гипотез, но притом, что хребты различаются по своему характеру, можно соотнести каждую гипотезу с определенным видом возвышенности. Наиболее распространенные – парные хребты; они могут быть образованы по краям трещин и идти вдоль них, вследствие выплескивания воды и намерзания льда. Формирование тройных хребтов происходит, вероятно, за счет выхода через трещину вязкого льда, который распирает поверхностные края в разные стороны, образуя два хребта, и создает собой центральный хребет в этой структуре. В образовании хребтов не исключают ученые и действие криовулканов. На Европе имеются также и одиночные хребты, и более сложные системы возвышенностей.
Дабы наши читатели имели наглядное представление о характере поверхности Европы, мы решили выложить видеозапись, на которой ниже представлена компьютерная трехмерная модель гористого участка спутника. Данная модель создана на основе фотоснимков, сделанных со спутника «Галилео».
Области «хаоса»
Одна из таких областей показана на иллюстрации 10 – это фрагмент «хаоса» Коннемара (Conamara Chaos). Свое название области получили из-за беспорядочного местонахождения в ней ледяных структур, больших и малых, хребтов и трещин, одиночных возвышенностей и линий. На фотографии хорошо видно, что «куски» выступающего льда когда-то представляли собой единый целый участок поверхности, а сейчас являются разбросанными фрагментами ледяной мозаики, развернутыми и опрокинутыми. По всей видимости, температура океана, подогреваемого внутренним теплом, помогла растопить глубокие слои ледяной коры и расколоть внешний слой. Эти громадные осколки внешнего льда разошлись друг от друга, частично погрузились в вязкую или жидкую среду, которая затем замерзла и сковала их.
Илл.10. Фрагмент области «хаоса» Коннемара.
Темные «пятна».
Камеры на спутнике «Галилео», совершавшем облеты вокруг Европы, зафиксировали два темные области (или пятна) Тера (Thera Macula) и Трейс (Thrace Macula); на фотоснимке они расположены соответственно слева и справа (иллюстрация 11). Ученые связывают появление пятен с геологическими процессами и даже выдвигают гипотезу о полном расплавлении ледяного массива коры в этих местах. Тера включает в себя фрагменты отколовшихся ледяных блоков из граничащей с ней области «хаоса», образуя неровные края. Рельеф Трейс более спокойный, но и там можно различить относительно небольшие неровности.
На фотографиях поверхности Европы видно, что пятна, равно как и рассмотренные нами выше линии отличаются по цвету от окружающей поверхности. Хотя цвета на снимках сильно отредактированы для лучшего восприятия рельефа, тем не менее, колористическая разница поверхностных структур есть. Причина цветового контраста остается не выясненной. Возможно, охристые оттенки – это соединения серы, которые могли выпасть в виде осадка, получаемого при вулканических извержениях на соседнем с Европой спутнике Ио или при метеоритных столкновениях, а может быть это материал из недр самой Европы, поднявшийся к поверхности в результате геологической активности.
Илл.11. Темные пятна Тера и Трейс.
«Веснушки».
Так называемые «веснушки», или «лентикулы» (lenticulae) – это еще один вид поверхностных образований на Европе. Они также окрашены в темный цвет, могут иметь выпуклую или вогнутую форму, и достигают несколько километров в диаметре. Происхождение их опять-таки рассматривается в отношении действий, происходящих в недрах мантии и глубинах возможного океана – эндогенное тепло, незамерзающий подледный океан, циркуляция нижнего конвективного и внешнего холодного льда в коре спутника. Детальные исследования фотоматериалов показали, что поверхность выпуклых «веснушек» аналогична окружающей их местности, следовательно, такие «веснушки» – результат поднятия поверхности внешнего слоя.
Илл.12. «Веснушки» на поверхности Европы.
По другой версии «веснушки» – это своего рода айсберги, вмерзшие в растопленную когда-то поверхность, и здесь их соотносят с упомянутыми участками «хаоса», которые могут представлять собой скопление «веснушек».
Предполагается модель «веснушек» и как продукт криовыбросов. И говоря о ледяных извержениях, стоить отметить, что в таких суровых условиях, с низкой температурой и низким давлением, жидкая вода при выходе в атмосферу, должна моментально закипеть и превратиться в лед, образовав новые структуры на поверхности ледяного щита и выпадая в виде снега. Чистота поверхностного льда на Европе косвенно подтверждает такую возможность.
Илл.13. Структура в форме «варежки» могла образоваться в результате выхода на поверхность вязкого льда или даже воды.
Кратеры.
В отличие от многочисленных линий, украшающих европианскую ледяную кору, количество ударных кратеров на ней невелико. Среди этих элементов ледяного рельефа, носящих имена персонажей кельтской мифологии, наиболее известным является кратер Пвилл (Pwyll), находящийся в южном полушарии спутника. На фотографии виден след от столкновения малого космического тела со спутником и последствия этого удара.
Диаметр кратера Пвилл 26 км; это не самый большой кратер на Европе – в 2000 году был обнаружен кратер диаметром 80 км (для сравнения средний диаметр Москвы в пределах МКАД – около 35 км).
На иллюстрации 14 видно небольшое темное пятно кратера и белый материал (скорее всего, водяной лед), который был выброшен вследствие удара на сотни километров от эпицентра, и то, что этот материал застилает собой остальные поверхностные образования, говорит об относительной молодости кратера Пвилл.
Илл.14. Кратер Пвилл. Белая лучевидная область – выброшенный лед.
На другой иллюстрации можно рассмотреть детали кратера. Центральное возвышение около 600 м высотой мог образовать вышедший через отверстие в поверхностной ледяной коре вязкий лед. Пики по краю кратера имеют высоту вполовину меньше. Темный цвет кратера и области вокруг него могут говорить о плавлении льда.
Илл.15. Изображение кратера Пвилл, обработанное для просмотра в формате 3D.
Кратер Тайр (Tyre) в диаметре 41 км – не менее любопытный объект исследования. На иллюстрации 15 представлена трехмерная модель кратера, сделанная на основе спутниковых фотографий (высота возвышенностей специально увеличена в 50 раз для более удобного понимания структуры кратера). Концентрические круги возвышенностей говорят о том, что астероид (или комета), вероятно, пробили ледяной панцирь, который в этом месте мог быть тоньше. В образовавшейся лунке куски льда равномерно разошлись и вмерзли в застывшей воде или вязком льде.
Илл.16. Трехмерная модель кратера Тайр.
Еще одно очко в пользу теории существования подледного океана на Европе, принес тот факт, что наблюдаемые поверхностные образования на ледяном щите меняют свое географическое положение. Ученые объяснили это тем, что океан жидкой воды, отделяя кору от внутренней части, дает возможность самостоятельного перемещения ледяного массива относительно ядра и мантии.
Илл.17. Фрагмент ледяной поверхности.
В Солнечной системе не только Европа может похвастаться ледяным богатством – в предыдущей статье «Космический лед. Тайна Красной планеты» мы говорили о залежах льда на Марсе. В составе тех же юпитерианских лун Каллисто и Ганимеда лед присутствует еще в большем количестве, нежели на Европе. Энцелад, Титан, Мимас (спутники Сатурна), Умбриэль, Ариэль, Миранда (спутники Урана), Тритон (спутник Нептуна) – все они также состоят из различных модификаций льда и скальных пород, да и в строении самих газовых планет, Урана и Нептуна, наиболее отдаленных от Солнца, лед занимает немалую часть (не зря эти две планеты называют ледяными гигантами). О некоторых из этих космических тел мы поговорим в следующих статьях.
Но, пожалуй, Европа больше, чем другие спутники, продолжает оставаться в поле зрения ученых под их пристальным наблюдением. Хочется надеяться, что в будущем космические зонды смогут дать более четкую информацию по поверхностным ледяным структурам. А если ученым еще и удастся прорубить окно в Европе в буквальном смысле этого слова, тогда и решится вопрос о существовании подледного океана, а это значит, что для неутомимых исследователей космоса будет новая пища для ума.
В 2013 году на экраны кинотеатров вышел американский фильм «Europa report» (в русском переводе просто «Европа»), снятый в жанре псевдодокументалистики. В картине рассказывается о полете к ледяному спутнику международной экспедиции и о самоотверженных ученых, не жалеющих своей жизни ради получения доказательств о существовании жизни другой.
Илл.18. Кадр из кинофильма «Европа», 2013 г.
Европа нередко фигурирует в литературных фантастических произведениях и компьютерных играх, и это значит, что интерес к этому космическому объекту только возрастает.
А недавно для Европы даже придумали свой флаг (иллюстрация 19) наподобие триколора, цвета которого отражают натуральные цвета поверхности спутника и символично означают снежно-ледяной покров, глубинный лед и океан. В верхнем поле представлен китайский иероглиф, символизирующий Юпитер, в среднем находится надпись «ЕВРОПА», созданная на основе финикийского письма, а в нижнем поле находится условное изображение бычьей головы, связанное с древнегреческим мифом о том, как Зевс, превратившись в белого быка, похитил, унеся на спине на остров Крит, дочь финикийского царя Европу.
Илл.19. Флаг спутника Европа.
На примере Европы мы решили рассказать вам об удивительных ледяных спутниках планет нашей Солнечной системы. Конечно, каждый из них уникален, но, для того чтобы описать их всех по отдельности, потребуется немало времени, да в этом и нет особой необходимости. Мы хотели просто поделиться с вами фактами самого существования таких космических тел и вместе с читателями попробовать разобраться в их тайнах и загадках.
Ждем встречи с вами в следующей статье серии «Космический лед»!