Каллисто (спутник)
Каллисто (Callisto) — спутник Юпитера[1].
Содержание
Общие сведения
Каллисто является вторым по величине спутником Юпитера (и третьим по величине спутником Солнечной системы, после Ганимеда и Титана, его диаметр составляет 99 % диаметра Меркурия, а масса — треть от массы этой планеты) один из четырёх галилеевых спутников и самый далёкий от планеты среди них.
Его средний радиус —2410,3 ± 1,5 км (0,378 земного), площадь поверхности — 7,30·107 км2 (0,143 земной), объём — 5,9·1010 км3 (0,0541 земного), масса — 1,075 938 ± 0.000 137·1023 кг (0,018 земной), средняя плотность — 1,834 4 ± 0,003 4 г/см3, ускорение свободного падения на экваторе — 1,235 м/с2 (0,126 g), вторая космическая скорость — 2,440 км/с. Альбедо = 0,22.
Орбита Каллисто пролегает на расстоянии в 1 882 000 км от Юпитера, что составляет примерно 26,3 его радиусов. Поэтому этот спутник не находится в орбитальном резонансе с другими галилеевыми спутниками. Длительность дня на Каллисто, равная её орбитальному периоду, составляет 16,7 земных суток.
Представляет собой синхронный спутник: период вращения Каллисто вокруг своей оси равен её орбитальному периоду, тем самым, она всегда обращена к Юпитеру одной стороной (находится в приливном захвате). Так как спутник не находится в высокочастотном орбитальном резонансе с другими крупными спутниками, возмущения со стороны Ио, Европы и Ганимеда не вызывают увеличения эксцентриситета её орбиты и не приводят к приливному нагреву из-за взаимодействия с центральной планетой. Спутник менее подвержен влиянию магнитосферы планеты Юпитер.
Температура: 80±5 K (минимум), 134±11 K (средняя) и 165±5 K (максимальна), например может достигать -108 °С.
Состоит из приблизительно равного количества камня (скальных пород), водяного льда и включений замёрзших газов. Массовая доля льдов составляет примерно 49—55%. Состав каменной составляющей Каллисто не известен, однако, по-видимому, он близок к составу обычных хондритов класса L/LL, у которых по сравнению с хондритами класса H более низкое полное содержание железа, меньший процент металлического железа и больший — оксидов железа. Массовое соотношение между железом и кремнием в спутнике лежит в пределах 0,9—1,3. На поверхности спутника обнаружены водяной лёд, конденсированный кислород, углекислый газ, сернистый газ, гидратированные силикаты (содержащие магний и железо) и органика (некоторое количество толинов на поверхности), а также, возможно, аммиак.
Поверхность спутника покрыта огромным числом кратеров. Крупнейшее кольцевая структура на Каллисто — Вальхалла — имеет диаметр 3800 км.
Возраст Каллисто составляет около 4,5 миллиарда лет (возраст поверхности — более 3,5 миллиарда лет). Спутник, вероятно, сформировался во время медленной аккреции из газопылевого диска, окружавшего Юпитер после его формирования. По причине низкой скорости наращивания массы спутника и слабого приливного нагрева температура в его недрах была недостаточной для их дифференциации. Однако вскоре после начала формирования спутника внутри него началась медленная конвекция, которая привела к частичной дифференциации — формированию подповерхностного океана на глубине 100—150 км и небольшого силикатного ядра.
Внутреннее ситроене
Изрытый кратерами поверхностный слой спутника расположен на холодной и жёсткой ледяной литосфере, толщина которой оценивают от 80 до 150 км. Под ледяной корой находиться солёный океан глубиной от 50 до 200 км. Покоящаяся над океаном литосфера может быть толще — до 300 км. Недра спутника, лежащие ниже литосферы и океана, вероятно, не являются ни полностью однородными, ни полностью расслоёнными, а представляют собой смесь веществ с постепенным ростом доли силикатов с глубиной, на что указывает низкое значение момента инерции спутника (по данным «Галилео» он равен (0,3549 ± 0,0042)×mr2). Таким образом, спутник лишь частично дифференцирован. Значения плотности и момента инерции совместимы с наличием в центре Каллисто небольшого силикатного ядра. Радиус ядра не может превышать 600 км, а его плотность может лежать в пределах от 3,1 до 3,6 г/см3.
Не исключается, что на Каллисто происходят или происходили явления криовулканизма.
Атмосфера Каллисто
Имеется очень разрежённая атмосфера из углекислого газа, состоящая из углекислого газа и, может быть, из молекулярного кислорода, и мощная ионосфера, высокая электронная плотность (7—17·104 см−3) которой не может объясняться фотоионизацией только атмосферного углекислого газа. Поэтому считается, что атмосфера спутника состоит преимущественно из молекулярного кислорода, массовая доля которого возможно в 10—100 раз превышает долю углекислого газа.
Подповерхностный океан
Имеется подповерхностный солёный океан глубиной 50—200 км. Было обнаружено, что спутник взаимодействует с магнитным полем Юпитера как хорошо проводящий шар: поле не может проникнуть в недра Каллисто, что указывает на наличие сплошного слоя из электропроводящей жидкости толщиной не менее 10 км. Существование океана становится более вероятным, если предположить наличие в нём небольшого количества (до 5 % по массе) аммиака или иного антифриза. В этом случае глубина океана может достигать 250—300 км.
Изучение и потенциальное освоение
Открыт 7 января 1610 года Галилео Галилеем.
В 1970-е годы автоматические межпланетные станции «Пионер-10» и «Пионер-11» пролетели вблизи Юпитера, но их данные ненамного расширили знания о поверхности и внутренней структуре этого спутника по сравнению с тем, что было о ней известно благодаря наземным наблюдениям при помощи телескопов и расчётов.
Новые данные были получены благодаря космическим аппаратам «Вояджер-1» и «Вояджер-2» во время их пролёта возле Юпитера в 1979—1980 годах — эти КА провели фотографирование более чем половины поверхности Каллисто с разрешением в 1—2 км, и позволили получить точные данные о массе, форме и температуре поверхности спутника.
В 1994—2003 годах космический аппарат «Галилео» совершил 8 близких пролётов от этому спутнику, а в период последнего пролёта по орбите C30 в 2001 году прошёл на расстоянии в 138 км от Каллисто, этот КА провёл глобальное фотографирование поверхности Каллисто и для некоторых отдельных районов сделал немало фотографий с разрешением до 15 м.
В 2000 году космический аппарат «Кассини», находясь в полёте к Сатурну, получил инфракрасные спектры Каллисто с высоким разрешением.
В 2003 году NASA провела концептуальное исследование под названием Human Outer Planets Exploration, в котором изучалось будущее освоения человеком внешней Солнечной системы. Одной из детально рассмотренных целей была Каллисто.
С февраля по март 2007 года космический аппарат «Новые горизонты», находясь в пути к Плутону, получил новые изображения и спектры спутника.
В 2020 году планируется запуск Europa Jupiter System Mission — совместного проекта NASA и ESA по исследованию спутников Юпитера и его магнитосферы.
Из-за низкого уровня радиационного фона (поток заряженных частиц, выпадающих на поверхность спутника из магнитосферы Юпитера почти в 300 раз ниже, чем на Европе, уровень радиации на поверхности Каллисто эквивалентен дозе в примерно 0,01 бэр /0,1 мЗв/ в сутки) и крупным размерам Каллисто может послужить базой для дальнейшего освоения системы Юпитера.
Предлагается построить на Каллисто станцию по переработке и производству топлива из окружающих льдов для космических аппаратов, направляющихся для исследования более отдалённых областей Солнечной системы, кроме этого лёд можно было бы использовать и для добычи воды. Одним из преимуществ основания такой базы на Каллисто считается не только низкий уровень радиационного излучения, но геологическая стабильность спутника. С поверхности Каллисто можно было бы удалённо, почти в режиме реального времени изучать Европу. Можно было бы создать на Каллисто промежуточную станцию для обслуживания космических аппаратов, направляющихся к Юпитеру для совершения гравитационного манёвра в целях полёта во внешние области Солнечной системы.
Возможная жизнь
Наличие океана в недрах спутника делает его одним из возможных мест присутствия жизни. Но условия на нём для возникновения и поддержания жизни на основе хемосинтеза менее благоприятны, чем имеются на Европе или на Ганимеде из-за недостаточности соприкосновения с горными породами и низкого теплового потока из недр Каллисто.
