В глубинах небесного океана. Научно-фантастическое рассуждение

В сентябре 2012 года группа учёных из Карлова университета (Прага, Чехия) на Европейском планетологическом конгрессе EPSC объявила, что области с относительно тонким ледяным щитом – довольно редкое и кратковременное явление: они зарастают всего за десятки тысяч лет.

Колебания формы Европы, связанные с приливами, заставляющие её то вытягиваться, то вновь скругляться

В конце 2008 года возникла гипотеза, что основная причина нагрева недр Европы, поддерживающего её океан жидким, – не вытянутость её орбиты, а наклон её оси. В результате него под действием приливного действия Юпитера возникают волны Россби, которые движутся очень медленно (по несколько километров в день), но могут нести значительную кинетическую энергию. Наклон оси Европы мал и точно неизвестен, но есть основания думать, что он достигает 0,1°. В таком случае энергия этих волн достигает 7,3·1017 Дж, что в 2000 раз больше, чем у основных приливных деформаций. Диссипация этой энергии может быть основным источником тепла для океана Европы.

КА «Галилео» обнаружил, что у Европы имеется слабый магнитный момент, который вызван изменениями внешнего магнитного поля (поскольку поле Юпитера в разных частях орбиты спутника различно). Индукция магнитного поля Европы на её магнитном экваторе – приблизительно 120 нТл. Это в 6 раз меньше, чем у Ганимеда, и в 6 раз больше, чем у Каллисто [68]. Согласно расчётам, жидкий слой на этих спутниках начинается глубже и имеет температуру существенно ниже нуля (при этом вода остаётся в жидком состоянии благодаря высокому давлению). Существование переменного магнитного поля требует слоя высокоэлектропроводного материала под поверхностью спутника, что и служит лишним подтверждением большого подповерхностного океана из солёной воды в жидком состоянии.

Спектральный анализ тёмных линий и пятен на поверхности показал наличие солей, в частности, сульфата магния («английская соль»). Красноватый оттенок позволяет предположить наличие также соединений железа и серы. По-видимому, они содержатся в океане Европы и исторгаются на поверхность через расщелины, после чего застывают. (активное движение воды) я. Кроме того, обнаружены следы перекиси водорода и сильных кислот (например, есть возможность того, что на спутнике имеется гидрат серной кислоты).

В марте 2013 года учёные из Калифорнийского технологического института выдвинули гипотезу, что подлёдный океан Европы не изолирован от окружающей среды и обменивается газами и минералами с залежами льда на поверхности, что говорит об относительно богатом химическом составе вод спутника. Это также может означать, что в океане может накапливаться энергия, что серьёзно увеличивает шансы на зарождение в нём жизни. К такому выводу ученые пришли, изучив инфракрасный спектр Европы (в интервале длин волн 1,4—2,4 мкм) с помощью спектроскопа OSIRIS гавайской обсерватории Кека. Разрешение полученных спектрограмм примерно в 40 раз выше, чем у спектрограмм, полученных инфракрасным спектрометром NIMS зонда «Галилео» в конце 1990-х годов. Это открытие означает, что контактные исследования океана Европы могут быть технологически намного упрощены – вместо бурения ледяной коры вглубь на десятки километров достаточно (как и в случае со спутником Сатурна Энцеладом) просто взять пробу с той части поверхности, которая контактирует с океаном. Орбитальный зонд Европейского космического агентства JUICE, запланированный к запуску в 2022 году, в декабре 2030 года совершит два облёта Европы, за которые просканирует поверхность спутника на глубину до 9 км и проведёт спектральный анализ выбранных участков поверхности.

Над южной полярной областью Европы зафиксированы признаки выбросов водяного пара. Вероятно, это результат действия гейзеров, бьющих из трещин её ледяной коры. Согласно расчётам, пар вылетает из них со скоростью ~700 м/с на высоту до 200 км, после чего падает обратно. Активность гейзеров максимальна во время наибольшего отдаления Европы от Юпитера. Открытие сделано по наблюдениям телескопа «Хаббл», сделанным в декабре 2012 года. На снимках, сделанных в другое время, признаков гейзеров нет: по-видимому, они действуют редко. С каких глубин происходят выбросы, неизвестно; возможно, что они не имеют отношения к недрам Европы и возникают от трения пластов льда друг о друга. Кроме Европы, подобные гейзеры известны на Энцеладе. Но, в отличие от гейзеров Энцелада, гейзеры Европы выбрасывают чистый водяной пар без примеси льда и пыли. Зафиксированная мощность гейзеров Европы достигала 5 тонн в секунду, что в 25 раз больше, чем на Энцеладе.

.«Хаббл» суммарно 10 раз фиксировал проход Европы по диску Юпитера, и в 3 из них были обнаружены водные шлейфы высотой 160—200 км в районе Южного полюса спутника. Остается невыясненными объемы выбросов и происхождение гейзеров – либо они извергаются наружу непосредственно из подледного океана Европы, либо образуются в полыньях в многокилометровой коре спутника, которые изолированы от основного океана.

Атмосфера

Магнитное поле Европы в поле Юпитера (вид на ведущее полушарие спутника). Красная полоса – направление движения «Галилео» и одновременно экватор Европы. Видно, что магнитные полюса Европы сильно отклонены от географических (причём их положение постоянно меняется в зависимости от направления внешнего поля)

Наблюдения при помощи спектрографа высокого разрешения Годдарда, входившего в состав инструментов космического телескопа «Хаббл», в 1995 году выявили, что разреженная атмосфера Европы состоит в основном из молекулярного кислорода (O2), образовавшегося в результате разложения льда на водород и кислород под действием солнечной радиации и другого жёсткого излучения (лёгкий водород при столь низком тяготении улетучивается в космос). Кроме того, там обнаружены линии атомарного кислорода и водорода. Атмосферное давление на поверхности Европы примерно равно 0,1 мкПа (но не более одного микропаскаля), или в 1012 раз ниже земного. Наблюдения ультрафиолетового спектрометра «Галилео» и телескопа Хаббла показали, что интегральная плотность атмосферы Европы составляет всего 1018—1019 молекул на квадратный метр. В 1997 году космический аппарат «Галилео» подтвердил наличие на Европе разреженной ионосферы (верхний слой заряженных частиц в атмосфере), созданной солнечной радиацией и заряженными частицами из магнитосферы Юпитера. Атмосфера Европы очень изменчива: её плотность заметно меняется в зависимости от положения на местности и времени наблюдений.

Наблюдения показали, что часть молекулярного кислорода, произведённого радиолизом, всё-таки остаётся на поверхности. Существует предположение, что этот кислород может попасть в океан (благодаря геологическим явлениям, перемешивающим слои льда, а также через трещины) и там способствовать гипотетическим биологическим процессам. Согласно одной из оценок, за 0,5 млрд лет (предполагаемый максимальный возраст поверхностного льда Европы) концентрация кислорода в этом океане может достигнуть значений, сравнимых с его концентрацией в океанских глубинах Земли. По другим расчётам, для этого достаточно всего нескольких миллионов лет.

Кроме того, спектроскопическими методами в атмосфере Европы обнаружены атомы натрия и калия. Первого там в 25 раз больше, чем второго (в атмосфере Ио – в 10 раз, а в атмосфере Ганимеда он не обнаружен вовсе). Излучение натрия прослеживается до расстояния в 20 радиусов Европы. Вероятно, эти элементы берутся из хлоридов на ледяной поверхности спутника или принесены туда метеоритами.» 10

Информация о спутнике Европа достаточно полна, несколько хотелось бы развеять сомнения о наличии или отсутствии океана. А именно – со дна поднимаются газы, а значит вода достаточно подвижна и тепла, вместе с поднимающейся водой подымается осколки породы, что говорит о тектонической активности (которая также дает тепло), в пользу того, что это не лед соскабливает породу поднимая ее вверх, говорит следующее – вода выходит на поверхность практически чистой от примесей. Выше был указан такой фактор как, обеспечение магнитного поля жидким океаном, и опять же проворот ледяного панциря спутника и наконец заключительный факт теплой, жидкой воды – подмывания (темные пятна-веснушки) льда снизу жидкой водой.

Ганимед (спутник)

Изображение противоюпитерианского полушария Ганимеда, сделанное КА «Галилео». Светлые поверхности, следы недавних ударных столкновений, изборождённая поверхность и белая северная полярная шапка (в верхнем правом углу изображения) богаты водяным льдом

Ганимед состоит из примерно равного количества силикатных пород и водяного льда. Это полностью дифференцированное тело с жидким ядром, богатым железом. Предположительно, в его недрах на глубине около 200 км между слоями льда есть океан жидкой воды. На поверхности Ганимеда наблюдаются два типа ландшафта. Треть поверхности спутника занимают тёмные области, испещрённые ударными кратерами. Их возраст доходит до четырёх миллиардов лет. Остальную площадь занимают более молодые светлые области, покрытые бороздами и хребтами. Причины сложной геологии светлых областей до конца не ясны. Вероятно, она связана с тектонической активностью, вызванной приливным нагревом.

Намного более детальные исследования провели аппараты программы «Вояджер» в 1979 году. Космический аппарат «Галилео», изучавший систему Юпитера начиная с 1995 года, обнаружил подземный океан и магнитное поле Ганимеда.

Тепло, идущее от ядра и силикатной мантии, позволяет существовать подземному океану, а медленное охлаждение жидкого ядра из Fe и FeS вызывает конвекцию и поддерживает генерацию магнитного поля. Текущий тепловой поток из недр Ганимеда, вероятно, выше, чем у Каллисто.

Орбита и вращение

Орбита имеет небольшие наклонение к экватору Юпитера и эксцентриситет, которые квазипериодически изменяются по причине вековых возмущений от Солнца и планет. Эксцентриситет меняется в диапазоне 0,0009—0,0022, а наклонение – в диапазоне 0,05°—0,32°[39]. Эти орбитальные колебания заставляют наклон оси вращения (угол между этой осью и перпендикуляром к плоскости орбиты) изменяться от 0 до 0,33°.

Современный резонанс Лапласа неспособен увеличить эксцентриситет орбиты Ганимеда. Нынешнее значение эксцентриситета составляет около 0,0013, что может быть следствием его увеличения за счёт резонанса в прошлые эпохи. Но если он не увеличивается в настоящее время, то возникает вопрос, почему он не обнулился из-за приливной диссипации энергии в недрах Ганимеда. Возможно, последнее увеличение эксцентриситета произошло недавно – несколько сотен миллионов лет назад. Поскольку эксцентриситет орбиты Ганимеда относительно низок (в среднем 0,0015), приливный разогрев этого спутника сейчас незначителен. Однако, в прошлом Ганимед, возможно, мог один или несколько раз пройти через резонанс, подобный лапласовому, который был способен увеличить эксцентриситет орбиты до значений 0,01—0,02. Это, вероятно, вызвало существенный приливный разогрев недр Ганимеда, что могло стать причиной тектонической активности, сформировавшей неровный ландшафт.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «ЛитРес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.