Ганимед (спутник)

Соотношения величины Луны (сверху), Ганимеда (внизу) и Земли (справа).

Ганимед (Ganymede) — спутник Юпитера.

Общие сведения

Ганимед — крупнейший спутник в Солнечной системе. Его диаметр — 5 268 км, что составляет 41% от диаметра Земли, и на 2% больше, чем у спутника Сатурна Титана (второго по величине спутника), на 8% больше диаметра планеты Меркурий. Его масса — 1,4819·10²³ кг (0,025 массы Земли) — на 10% больше, чем у Титана. Средний радиус — 2 634,1 ± 0,3 км (0,413 радиуса Земли). Площадь поверхности составляет 87 миллионов км² (0,171 площади Земли). Средняя плотность составляет 1,936 г/см³.

Ганимед по-видимому состоит из равных частей скальных пород и воды (преимущественно замёрзшей). Массовая доля льда находится в пределе 46—50%. Во льдах могут присутствовать некоторые летучие газы, например аммиак. Точный состав скальных пород спутника не установлен, однако он, как полагают, близок к составу обыкновенных хондритов групп L и LL, которые отличаются от H-хондритов меньшим полным содержанием железа, меньшим содержанием металлического железа и большим — окиси железа. Соотношение масс железа и кремния на спутнике составляет 1,05—1,27. Альбедо (отражательная характеристика) поверхности спутника примерно равна 43%. Водяной лёд имеется почти на всей поверхности Ганимеда и его массовая доля находится в пределах 50—90%. Кроме льда на поверхности спутника обнаружено наличие углекислого газа CO₂ (количество углекислого газа на обоих полушариях одинаково, однако его нет вблизи полюсов), диоксида серы SO₂, вероятно, циана CN₂, серной кислоты H₂SO₄ и разных органических соединений (например, толинов), а также солей — сульфата магния MgSO₄ и, как считают, сульфата натрия Na₂SO₄, которые могли образоваться в подповерхностном океане Ганимеда.

Поверхность спутника покрыто тёмными областями с кратерами (крупнейший кратер — Эпиген /Epigeus/ — имеет диаметр 343 км) и более светлыми областями, покрытыми «бороздами, канавками и гребнями». Наибольшая тёмная область — Галилея — имеет диаметр 3200 км.

На спутнике имеются полярные шапки, предположительно состоящие из водяного инея. Полярные шапки покрывают широты выше 40°. По-видимому, полярные шапки образованы молекулами воды, выбитыми с поверхности при бомбардировке её частицами плазмы. Такие молекулы могли мигрировать на высокие широты с низких благодаря разнице температур или, что более вероятно, происходить из самих полярных областей. Наличие у спутника собственной магнитосферы приводит к тому, что заряженные частицы интенсивно бомбардируют только слабо защищённые — полярные — области. Образовавшийся водяной пар осаждается преимущественно в самых холодных местах этих же областей.

Внутреннее строение Ганимеда

По расчётам, спутник состоит из 3-х слоёв: расплавленного железного или состоящего из сульфида железа ядра, силикатной мантии и внешнего слоя льда толщиной 900—950 км, что подтверждается малым моментом инерции, который был измерен во время облета Ганимеда «Галилео» — (0,3105 ± 0,0028)×mr² (момент инерции однородного шара = 0,4×mr²). У спутника коэффициент в этой формуле самый низкий среди твёрдых тел Солнечной системы. Наличие расплавленного богатого железом ядра объясняет наличие у Ганимеда магнитного поля (конвекция в расплавленном железе, обладающем высокой электропроводностью создаёт магнитное поле).

Предположительно, радиуса ядра спутника составляет 700—900 км, толщина внешней ледяной мантии — 800—1000 км. Остаток радиуса приходится на силикатную мантию. Предполагаемая плотность ядра — 5,5—6 г/см³, а силикатной мантии — 3,4—3,6 г/см³. Некоторые модели генерирования его магнитного поля предполагают наличие твёрдого ядра из чистого железа внутри жидкого ядра из Fe и FeS, что схоже со структурой земного ядра. Радиус ядра может достигать 500 км. Температура в ядре спутника может составлять 1500—1700 К, а давление — до 10 ГПа.

Вероятный современный источник тепла в недрах Ганимеда — радиоактивный разогрев, который может, хотя бы отчасти, обеспечить существование подземного океана.

Подповерхностный океан

Согласно моделированию недр Ганимеда, выполненное в 2014 году сотрудниками Лаборатории реактивного движения NASA, подповерхностный океан спутника по своему строению многослойный: жидкие слои разделены слоями льда разных типов (лёд I, III, V, VI). Число жидких прослоек, вероятно, достигает 4; их солёность с глубиной возрастает.

Атмосфера Ганимеда

У Ганимеда имеется тонкая атмосфера, в состав которой входят такие аллотропные модификации кислорода, как атомарный кислород O, кислород O₂ и, может быть, озон O₃. Количество атомарного водорода H в атмосфере спутника незначительно.

Наблюдаемое существование нейтральной атмосферы из молекул O₂ подразумевает существование у спутника ионосферы, так как молекулы кислорода ионизируются столкновениями с быстрыми электронами, прибывающими из магнитосферы, и солнечным жёстким ультрафиолетом.

В ганимедской атмосфере был замечен атомарный водород, который наблюдался на расстоянии до 3000 км от поверхности Ганимеда. Его концентрация у поверхности спутника — примерно 1,5·104 см⁻³.

Магнитосфера Ганимеда

У спутника наблюдается довольно мощное магнитное поле и своя магнитосфера (это единственный известный спутник с собственной магнитосферой). Величина магнитного момента составляет 1,3×10¹³ Т·м³, что в 3 раза больше, чем у Меркурия. Ось магнитного диполя наклонена на 176° по отношению к оси вращения спутника, что означает её направленность против магнитного момента планеты Юпитер. Северный магнитный полюс спутника находится ниже плоскости орбиты. Индукция дипольного магнитного поля, созданного постоянным магнитным моментом, на экваторе Ганимеда равна 719 ± 2 нТл. Противоположность направлений магнитного поля Ганимеда и Юпитера делает возможным магнитное пересоединение. Индукция собственного магнитного поля Ганимеда на его полюсах в 2 раза больше, чем на экваторе, и равна 1440 нТл. Диаметр магнитосферы составляет примерно 2—2,5 диаметра спутника.

У магнитосферы спутника имеется область замкнутых силовых линий, расположенная ниже 30° широты, где заряженные частицы (электроны и ионы) оказываются в ловушке, создавая своеобразный радиационный пояс. Главный вид ионов в магнитосфере — ионы кислорода O₊, что хорошо согласуется с разрежённой кислородной атмосферой Ганимеда. В шапках полярных областей на широтах выше 30° силовые линии магнитного поля не замкнуты и соединяют спутник с ионосферой Юпитера. В этих областях были найдены электроны и ионы, обладающие высокой энергией в десятки и сотни килоэлектронвольт, которые и способны вызывать полярные сияния, наблюдаемые вокруг полюсов спутника. Тяжёлые ионы постоянно осаждаются на полярной поверхности луны, распыляя и затемняя лёд.

Исследования Ганимеда

Спутник открыл Галилео Галилей 7 января 1610 года.

В 1972 году группа индийских, английских и американских астрономов, работая в обсерватории имени Боссы в Индонезии, сообщила об обнаружении у Ганимеда тонкой атмосферы.

В 1995 году телескопом Хаббла была обнаружена слабая кислородная атмосфера (экзосфера) у этого спутника, схожая с атмосферой Европы — другого спутника Юпитера.

Космический аппарат «Галилео» с 1995 по 2000 годы сделал 6 близких пролётов возле спутника и обнаружил, что у него имеется мощное магнитное поле и своя магнитосфера.

Гипотетическая жизнь на Ганимеде

Выявленный в атмосфере спутника кислород не является доказательством наличия жизни Ганимеде, так как считается, что этот кислород возникает когда водяной лёд на поверхности спутника разделяется на водород H и кислород радиацией (водород быстрее улетучивается из-за своей низкой атомной массы).