Космический лед. Часть шестая: Ледяные извержения

Ледяные извержения

Приветствуем всех земных и инопланетных читателей блога Вольных ледорубов! Нам снова приятно видеть вас на нашем сайте, на страницах которого вы можете найти много интересной и увлекательной информации о мире льда. Перед вами шестая часть серии Космический лед под названиемледяные извержения.

В первой статье Космический лед, Часть-1, мы рассказали о ледяных кольцах, вращающихся вокруг планеты Сатурн, и в частности обмолвились об одном из его спутников, Энцеладе, на котором действуют ледяные гейзеры. В предыдущей публикации о Европе, ледяном спутнике Юпитера, мы также говорили про возможность ледяных извержений на ней. В этой статье, как обычно, не вдаваясь в излишние подробности, мы решили постараться раскрыть тему ледяных извержений, говоря по-научному, криовулканизма, и рассмотрим мы ее на примере того же Энцелада и Тритона, спутника планеты Нептун.

Илл.1. Ледяные спутники Энцелад (слева) и Тритон

Илл.1. Ледяные спутники Энцелад (слева) и Тритон

Прежде, чем дать определение криовулканизма, давайте освежим в памяти школьный курс по географии и вспомним, как появляются вулканы на нашей планете. Вкратце процесс выглядит следующим образом.
Горячее (5000 °С) ядро нашей планеты передает свое тепло мантии, состоящей из скальных пород и металлов. Эти породы нагреты до такой степени, что они могли бы течь, но огромное давление верхних слоев постоянно «загоняет» материал в глубинах Земли в твердое, но пластичное состояние. Внутри мантии происходит конвективное движение, т.е. более горячий материал устремляется наверх, а остывший – оседает. Во внешней части мантии, ближе к земной коре, давление уже ниже, но температура еще высока, и когда появляется возможность, расплавленные породы, называемые магмой, вырываются наружу на поверхность Земли.

Илл.2. Процесс формирования вулканов на Земле

Илл.2. Процесс формирования вулканов на Земле

А возможность эта возникает в результате движения литосферных плит, точнее, погружения одной плиты под другую (субдукция), и той же конвекции внутри мантии. В зоне субдукции и возникают вулканы. Уменьшение давления сверху приводит к тому что, газы, которыми богата магма, начинают расширяться и выталкивать ее, заставляя ее тем самым плавить находящиеся вокруг породы – так образуется жерло вулкана. Выделение газов сопровождается их взрывами, разрушающими геологическую структуру земной коры – из жерла вулкана выбрасываются наверх расплавленный материал, каменные обломки, дым и пепел, и вытекают лавовые потоки.

Ледяные извержения на Энцеладе и Тритоне также связаны с процессами, происходящими в их недрах. Попробуем заглянуть вглубь ледяных спутников и разобраться в данной аналогии.

Общая характеристика ледяных спутников.

Энцелад является одним из крупнейших спутников Сатурна, его средний диаметр – 505 км, а удаленность от планеты составляет около 238 000 км. Спутник имеет свою атмосферу, состоящую из воды с примесью газов, а также свое магнитное поле.

Илл.3. Энцелад. Слева – рытвины «тигровые полосы»

Илл.3. Энцелад. Слева – рытвины «тигровые полосы»

Предполагаемая модель внутреннего строения, основана на анализе данных, собранных космическим аппаратом «Кассини» в середине 2000-х годов (илл.4). Оно включает в себя большую каменно-металлическую сердцевину и толстую ледяную оболочку, примечательную тем, что это замороженная вода. В южной части спутника под ледяной корой, вероятно, имеется водяной океан, существующий благодаря внутреннему теплу в недрах, разогреваемых приливными силами в результате гравитационного взаимодействия Энцелада с Сатурном и другими спутниками.

Илл.4. Модель внутреннего строения Энцелада

Илл.4. Модель внутреннего строения Энцелада

Приливные силы оказывают влияние и на геологическую активность Энцелада, что находит отражение на красивой ледяной поверхности, первые снимки которой были получены с космических аппаратов серии «Вояджер».

Здесь, как и на Европе, имеются различные структуры, названия которых заимствованы из сборника рассказов «Тысяча и одна ночь». Это равнинные области, разломы, борозды, хребты, кратеры. Одними из наиболее заметных структур являются так называемые «тигровые полосы» (илл. 3) – рытвины (sulci) Александрия, Каир, Багдад и Дамаск, глубиной до полукилометра, а шириной и длиной около 2 и более 100 километров соответственно.

На снимках края рытвин имеют светло-зеленый оттенок – это участки крупнозернистого льда, непокрытые мелкозернистым льдом, попадающим из кольца Е Сатурна, в котором вращается Энцелад, а значит «тигровые полосы» и подобные им разломы являются относительно молодыми образованиями.

Илл.5. Фрагмент поверхности Энцелада

Илл.5. Фрагмент поверхности Энцелада

Энцелад обладает высоким уровнем отражательной способности; ученые соотносят это с водяной природой ледяного покрова и его чистотой. Чистота льда, может свидетельствовать об обновлении поверхности ледяной коры, вследствие геологической активности.

Илл.6. Фрагмент поверхности Энцелада

Илл.6. Фрагмент поверхности Энцелада

Другой ледяной экземпляр, Тритон, представляет не меньший интерес для исследователей в вопросе криовулканизма.

Тритон – самый большой спутник Нептуна с диаметром 2707 км. Он движется по своей орбите, которая имеет сильный наклон по отношению к эклиптике, в направлении, противоположном вращению Нептуна вокруг своей оси, на расстоянии 354 760 км от планеты.

Илл.7. Тритон

Илл.7. Тритон

Сведения о Тритоне стали накапливаться еще в XIX столетии, и лишь в 1989 году космический аппарат «Вояджер-2» произвел исследования, находясь рядом со спутником. Информация с космического зонда и дальнейшее изучение с Земли позволили охарактеризовать Тритон следующим образом.
По внутреннему строению Тритон схож с Энцеладом – он состоит из огромного каменно-металлического ядра, окруженного массивным ледяным панцирем. Панцирь можно разделить на мантийную зону из камня и льда, кору из водяного льда и поверхностного азотного слоя (в состав внешних слоев льда входят также метан и угарный газ).

 Илл.8. Модель внутреннего строения Тритона

Илл.8. Модель внутреннего строения Тритона

Поверхность Тритона по-своему оригинальна. На иллюстрации 9 видны две резко разделенные и различающиеся между собой области на поверхности спутника. Та, что расположена вверху, носит название Территории дынной корки (Cantaloupe terrain) – сравнение очевидно. Эта область занимает значительную часть поверхности Тритона, а ее образование рассматривается в связи с криоизвержениями, после которых происходило замерзание затопленных территорий и растрескивание ледяной коры.

Илл.9. Рельефные области на поверхности Тритона

Илл.9. Рельефные области на поверхности Тритона

Нижняя область на иллюстрации, показанная в теплых цветовых оттенках – это фрагмент огромной южной полярной шапки.
Разноцветная окраска поверхности Тритона связана с преобладанием тех или иных химических веществ: сине-зеленые области – замерзший азот, красные говорят о наличии железа, области кремовых оттенков – метан.
Интересно, что водяной лед в суровых условиях Тритона становится похожим на твердую каменную породу, формируя горы и разломы, а азотный и метановый льды более пластичны и создают плавные формы поверхности.

Илл.10. Ледяная поверхность Тритона (художественное изображение)

Илл.10. Ледяная поверхность Тритона (художественное изображение)

Одними из примечательных деталей поверхности Тритона являются образования, которые, как предполагают ученые, похожи на замерзшие озера, на что указывают высокие (в несколько сот метров) ступенчатые края.

Илл.11. Замерзшие озера на Тритоне

Илл.11. Замерзшие озера на Тритоне

Кратеры ударного происхождения встречаются редко, и наоборот, неударные кратеры-провалы присутствуют в большом количестве. И то, и другое может обозначать геологическую активность спутника.
Атмосфера на Тритоне разреженная вследствие сублимации азота. Имеются облака.

Средняя температура на поверхности спутников составляет минус 200 °С у Энцелада и минус 235 °С у Тритона.

Криовулканизм.

О том, что геологические процессы в недрах ледяных спутников продолжаются в наше время говорят и уникальные фотографии, сделанные с зондов «Вояджер-2» и «Кассини». На них запечатлены выбросы вещества со спутников на огромную высоту.

Илл.12. Ледяные извержения в южной части Тритона (фотоснимок со спутника)

Илл.12. Ледяные извержения в южной части Тритона (фотоснимок со спутника)

На иллюстрации 11 показана южная полярная шапка Тритона. Множество темных размытых пятен – это брызги ледяных азотных фонтанов. Темный оттенок выбрасываемого материала обусловлен грунтовыми и минеральными примесями. Фонтаны бьют ввысь на несколько километров, а затем под воздействием ветра ледяные брызги рассеиваются вдоль поверхности, образуя шлейфы, растягивающиеся на десятки километров. Во время облета Тритона «Вояджер-2» зафиксировал порядка 50 таких гейзеров.

Илл.13. Ледяные гейзеры на Тритоне (художественное изображение)

Илл.13. Ледяные гейзеры на Тритоне (художественное изображение)

В 2005 году зонд «Кассини» также обнаружил и сфотографировал ледяные извержения на Энцеладе (илл. 14-15). Выбросы происходили на южной стороне спутника из упомянутых нами выше «тигровых полос». Здесь гейзеры оказались куда мощнее, чем на Тритоне – вещество выбрасывалось с огромной скоростью в космическое пространство, преодолевая гравитацию спутника; по оценкам ученых высота гейзеров достигала 130 км.

Илл.14. Ледяные извержения в южной части Энцелада (фото-1)

Илл.14. Ледяные извержения в южной части Энцелада (фото-1)

В отличие от Тритона, гейзеры на Энцеладе преимущественно водяные. Ученые не исключают, что лед, высвобождаемый из недр Энцелада, служит материалом для формирования кольца Е.

Илл.15. Ледяные извержения в южной части Энцелада (фото-2)

Илл.15. Ледяные извержения в южной части Энцелада (фото-2)

Предполагается, что в глубинах ледяных спутников под слоем льда существуют жидкие озера или даже целые океаны жидкости, которые могут служить источниками материала для криовулканизма. На Титане, Энцеладе и других ледяных телах, где возможна криовулканическая активность, расплавленные магматические породы, заменяют вода и сжиженные летучие вещества, при извержении на поверхность образующие криолавовые потоки, а жерлами ледяных вулканов являются трещины и разломы в ледяной коре.

Илл.16. Модель образования криовулканов на Энцеладе

Илл.16. Модель образования криовулканов на Энцеладе

Назвать точную причину возникновения гейзеров на ледяных спутниках ученые пока что не могут. На этот счет существуют различные гипотезы.
Основная версия, к которой склоняются исследователи, это приливные силы, о которых мы уже сказали. Гравитационное возмущение в планетарных системах приводит к деформации спутников и их внутреннему нагреву. Происходит растрескивание ледяной коры, а вещество вместе с частицами льда и силикатов под давлением выталкиваются наружу.
Приборы, установленные на аппарате «Кассини», совершившем облет вокруг Энцелада, в том числе, прошедшем сквозь шлейфы гейзеров, зафиксировали интересную деталь извержений – вода стремительно улетала в космос, а пыль оседала на поверхности. Группа европейских физиков, проанализировав данные, пришла к выводу, что причина состоит в неровных стенках разломов, т.е. ширина трещин в ледяной коре на протяжении их глубины непостоянна. Благодаря этому скорость газа или пара, выходящего под давлением, только возрастает, а скорость пыли, которая ударяется о стенки, наоборот, уменьшается.

 Илл.17. Криовыбросы на Энцеладе (художественное изображение)

Илл.17. Криовыбросы на Энцеладе (художественное изображение)

Удивительным стало и то, что температура на южном полюсе Энцелада – минус 180 °С, т.е. выше, чем в экваториальной части, что идет вразрез с научными представлениями о строении небесных тел и ставит перед учеными новые вопросы.
Существует теория криовулканизма на Энцеладе, согласно которой устройство их близко к организации вулканических процессов на нашей планете. В толще ледяной мантии спутника существует конвективное движение масс аналогично земному – теплый лед поднимается, а холодный опускается, чему способствует эндогенное тепло. Ближе к поверхности теплый лед растапливается, благодаря энергии, возникающей вследствие трения друг о друга стен трещин в ледяной толще, и образуется жидкость, которая затем выплескивается вовне.
Рассматриваются также версии о сублимации льда (возгонке) с поверхностного слоя коры в результате физических явлений – трения, столкновения ледяных пластов. Возможно, что в глубинах спутников происходят и химические или радиоактивные процессы, с выделением тепла.
Говоря о ледяных извержениях на Тритоне, исследователи не исключают солнечное воздействие на спутник, отмечая тот факт, что гейзеры обнаружены на освещенной стороне Тритона. Вероятно, Солнце нагревает спутник, вызывая плавление льдов на глубине и увеличивая давление, которое и выталкивает азотно-метановый и водяной материал в атмосферу.

Илл.18. Ледяные гейзеры на Тритоне (художественное изображение)

Илл.18. Ледяные гейзеры на Тритоне (художественное изображение)

Ледяные источники жизни?

В составе водяных криовыбросов Энцелада аппарат «Кассини» выявил наличие солей и органических соединений. Этот факт сильно обнадеживает ученых, так как он частично подтверждает гипотезу о существовании подледного океана. А жидкая водная среда, как известно, является одним из условий для возникновения жизненных форм.

Илл.19. Многокилометровый шлейф гейзеров на Энцеладе (спектрозональный снимок)

Илл.19. Многокилометровый шлейф гейзеров на Энцеладе (спектрозональный снимок)

Для более детального изучения химического состава ледяных шлейфов Энцелада необходимо организовать новую экспедицию, так как функциональность приборов, установленных на «Кассини», имеет свои ограничения. Тем не менее, космический аппарат в преддверие завершения своей огромной и длительной работы в 2017 году должен приблизиться к Энцеладу осенью 2015 года для получения новых снимков спутника и дополнительных измерений в южной области.
Рано или поздно будущие миссии к ледяным спутникам обязательно будут включать в себя высадку зондов на поверхность, и кто знает, может быть, непосредственный анализ замерзшего материала покажет нам, что это не мертвые глыбы льда, а…

…а пока что, до новых встреч на страницах нашего Блога вольных ледорубов и рубрики Космический лед!


 

Вы так же можете ознакомиться с другими статьями:
Скульптуры грифонов изо льда
Ледяная крепость в музее-заповеднике Цар...
Ледяной маяк на озере Эри
Логотип «СНГП» изо льда
Снежинки - микроледяные скульптуры
Ледяной медведь
Ледяные скульптуры в Коломне
Ледяной одуванчик на 8 марта
Панды любят лед
Креативный ледяной бар
Simple – ледяной логотип
Дорога Жизни
Тапочки во льду
Эскизы ледяных скульптур
Caution! Fragile! Репортер разбил ледяну...
Белые медведи катаются по льду
Ледяная музыка Терье Исунгсета
Подледный хоккей
Ледяная пещера в леднике Горнер
Щенок и кубик льда
Олимпийские талисманы Сочи 2014 изо льда
Ледяная крепость в Бутово
Nokia Lumia в ледяном блоке
Космический лед. Часть вторая: кометы.
Ледяная стена для сериала Игра престолов
Ледяные часовенки
Замерзший водопад в доме
Ледяной юмор. Часть-2
Жан-Клод Ван Дамм построил ледяной бар
Космический лед. Часть четвертая: Ледяна...
Ледяные скульптуры в Сергиевом Посаде
Голубая река во льдах Гренландии
Космический лед. Часть пятая: Ледяные ги...
Ледяной юмор. Часть четвертая.
Ледяной монстр в рекламе шин
Раскалённый шар против льда
Прогулка по прозрачному льду
Теория мирового льда
Конкурс ледяных скульптур в рекламе Stel...
Ледяной юмор. Часть шестая
Ледяные скульптуры в природе
Ледяные явления. Часть третья.
Кровавый водопад во льдах Антарктиды
Замороженная пена
Гольф на льду озера Мичиган
Фура сбросила груз
Лед
Ледяная скульптура Обезьяна

Добавить комментарий