Европа (спутник)

Две модели криовулканизма на Европе, в зависимости от толщины слоя подземного океана.

Две возможные модели внутреннего строения спутника.

Европа (Europa) — спутник Юпитера.

Общие сведения

Относится к группе галиеевских спутников, как и остальные повёрнута к планете одной стороной. Находится дальше от Юпитера чем Ио, но ближе чем Ганимед и Каллисто.

Диаметр — 3122 км (6 место по величине среди спутников и 15 — среди всех объектов Солнечной системы), средний радиус — 1560,8±0,5 км, площадь поверхности — 30,61 млн км², объём — 15,93 млрд км³, масса — 4,8017·10²² кг, средняя плотность — 3,014±0,05 г/см³, ускорение свободного падения на экваторе — 1,315 м/с², вторая космическая скорость — 2,026 км/с. Альбедо = 0,67±0,03. Обращается вокруг Юпитера по орбите радиусом 670 900 км, делая полный оборот за 3,551 земных суток. Орбита почти круговая (эксцентриситет равен всего 0,009) и слабо наклонена к плоскости экватора Юпитера (на 0,466°).

Температура на поверхности — от 50 K, то есть −220 °C (на полюсах) до 110 K, то есть −160 °C (на экваторе).

Когда спутник приближается к Юпитеру, приливное взаимодействие усиливается, и Европа немного вытягивается вдоль направления на Юпитер. Через половину времени обращения спутник отдаляется от планеты и приливные силы слабеют, позволяя Европе снова стать более круглой. Из-за эксцентричности орбиты спутника её приливные горбы периодически смещаются по долготе, а из-за наклона оси её вращения — по широте. Величина приливных деформаций лежит в пределах от 1 м (если Европа полностью твёрда) до 30 м (если под корой есть океан). Регулярные деформации способствуют перемешиванию и нагреву недр спутника. Тепло стимулирует подземные геологические процессы и позволяет подповерхностному океану оставаться жидким. Первоисточник энергии — вращение Юпитера вокруг своей оси. Его энергия превращается в энергию орбитального движения Ио посредством приливов, вызываемых этим спутником на Юпитере, а затем передаётся Европе и Ганимеду с помощью орбитальных резонансов — их периоды обращения относятся как 1:2:4.

Поверхность спутника покрыта чистым молодым льдом. Наблюдается «равнины», «каналы» или «линии» (разломы и трещины в ледяном панцире спутника), хребты, кратеры. Спутник состоит преимущественно из силикатных пород, а в центре имеет железное ядро. Поверхность состоит изо льда и является одной из самых гладких в Солнечной системе; на ней очень мало кратеров, но много трещин.

Возраст Европы — около 4,5 миллиарда лет. Вероятно, как и другие галилеевы спутники, она сформировалась из газопылевого диска, окружавшего Юпитер, что объясняет тот факт, что орбиты этих спутников близки к окружностям и радиусы орбит регулярно увеличиваются. Этот диск мог сформироваться вокруг протоюпитера путём выведения части газа, составляющего его начальную массу в процессе гидродинамического коллапса. Так как внутренняя часть диска была теплее внешней внутренние спутники содержат меньше воды и прочих летучих веществ. На заре своего существования температура спутника могла превышать 700 К, что могло привести к интенсивному выделению летучих веществ, которые гравитация спутника не могла удержать. Подобный процесс происходит на Европе и ныне: водород, образующийся при радиолизе льда, улетает в Космос, а кислород задерживается, образуя тонкую атмосферу.

Внутреннее строение

Внешние слои Европы, толщиной около 100 км, состоят из воды — частью в виде ледяной коры толщиной 10—30 км, а частью, вероятно, — в виде подповерхностного жидкого океана. Ниже лежат горные породы, а в центре, по-видимому, находится небольшое металлическое ядро. В зависимости от темпа выделения тепла в недрах, несколько десятков километров коры могут находиться в расплавленном состоянии.

Атмосфера Европы

Разрежённая атмосфера спутника преимущественно состоит из молекулярного кислорода O₂, образовавшегося в результате радиолиза поверхностного льда — разложения льда на водород H и кислород под действием солнечной радиации и другого жёсткого излучения (лёгкий водород при столь низком тяготении улетучивается в космос). Также были обнаружены линии атомарного кислорода и водорода. Солнечное ультрафиолетовое излучение и заряженные частицы (ионы и электроны) из магнитосферы Юпитера сталкиваются с ледяной поверхностью спутника, расщепляя воду на её составляющие — кислород и водород. Они частично адсорбируются поверхностью, а частично покидают её, образуя атмосферу Европы. Молекулярный водород, улетучивающийся со спутника, наряду с атомарным и молекулярным кислородом формирует тор (кольцо) газа вдоль орбиты Европы.

Атмосферное давление на поверхности спутника примерно равно 0,1 мкПа (не более 1 микропаскаля), что в 1012 раз меньше чем на Земле. Наблюдения ультрафиолетового спектрометра КА «Галилео» и телескопа Хаббла показали, что интегральная плотность атмосферы Европы составляет всего 10¹⁸−10¹⁹ молекул на 1 м².

Европеанская атмосфера очень изменчива: её плотность заметно меняется в зависимости от положения на местности и времени наблюдений.

Подповерхностный океан на Европе

Под ледяной корой Европы, толщина которой оценивается от нескольких км до десятков км, находится жидкий океан, сформировавшийся благодаря генерируемому приливами теплу.

Основной признак наличия океана — магнитное поле Европы, открытое КА «Галилео». Магнитное поле Европы всегда направлено против юпитерианского (хотя последнее на разных участках орбиты Европы ориентировано по-разному), что означает, что его создают электрические токи, индуцированные в недрах Европы магнитным полем Юпитера. Это значит, что на спутнике имеется слой с хорошей проводимостью — вероятно, океан солёной воды. Другой признак существования европеанского океана — данные о том, что кора спутника когда-то сдвинулась на 80° относительно недр.

В конце 2008 года было высказано предположение, что основная причина нагрева недр спутника, 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 км в день), однако способны могут нести большую кинетическую энергию. Наклон оси Европы мал и точно неизвестен, но предположительно достигает 0,1°, в этом случае энергия этих волн достигает 7,3·10¹⁷ Дж.

Космический аппарат «Галилео» обнаружил, что у Европы имеется слабый магнитный момент, который вызван изменениями внешнего магнитного поля (так как поле Юпитера в разных частях орбиты Европы различно). Индукция магнитного поля спутника на её магнитном экваторе — около 120 нТл. Существование переменного магнитного поля требует слоя высокоэлектропроводного материала под поверхностью спутника, что служит дополнительным подтверждением большого подповерхностного океана солёной воды в жидком состоянии.

Спектральный анализ тёмных линий и пятен на поверхности спутника показал присутствие солей, например, сульфата магния MgSO₄. Красноватый оттенок позволяет предположить наличие также соединений железа Fe и серы S. Вероятно, они содержатся в океане спутника и исторгаются на поверхность через расщелины, после чего застывают. Также, были обнаружены следы перекиси водорода H₂O₂ и сильных кислот (возможно, пристутствует гидрат серной кислоты H₂SO₄).

Над южной полярной областью спутника были замечены признаки выбросов водяного пара. По-видимому, это результат действия гейзеров, бьющих из трещин ледяной коры. По расчётам, пар вылетает из них со скоростью ~700 м/с на высоту до 200 км, после чего падает обратно. Зафиксированная мощность гейзеров спутника достигала 5 т в секунду. Активность гейзеров максимальна во время наибольшего отдаления спутника от Юпитера.

Изучение и возможная колонизация

Открыт 8 января 1610 года Галилео Галилеем.

Однако, уровень радиации на Европе довольно высок, так как его орбита проходит через мощный радиационный пояс Юпитера. Дневная доза составляет около 540 бэр (5,4 Зв) — почти в миллион раз больше, чем на Земле. Этой дозы хватит, чтобы вызвать лучевую болезнь у космонавтов.

Гипотетическая жизнь

В марте 2013 года исследователи из Калифорнийского технологического института выдвинули теорию, что подлёдный океан спутника не изолирован от окружающей среды и обменивается газами и минералами с залежами льда на поверхности, что говорит об относительно богатом химическом составе вод спутника. В океане может накапливаться энергия. Всё это увеличивает шансы на зарождение на Европе жизни.