Европа (спутник)

Материал из ALL
Перейти к: навигация, поиск
Europa-photo2.jpg
Две модели криовулканизма на Европе, в зависимости от толщины слоя подземного океана.
Две возможные модели внутреннего строения спутника.
Сравнение размеров Луны (сверху), Европы (снизу) и Земли (справа).

()

()

()

Европа (Europa) — спутник Юпитера[1].

Общие сведения[править]

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 −223 °C (на полюсах) до 110 K, то есть −163 °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[править]

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[править]

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.

При помощи спектроскопических методов в атмосфере спутника были обнаружены атомы натрия Na и калия K. Излучение натрия прослеживается до расстояния в 20 радиусов спутника. По-видимому, данные элементы отщепляются из хлоридов на ледяной поверхности Европы или принесены туда метеоритами.

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[править]

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[править]

Открыт 8 января 1610 года Галилео Галилеем.

В 1973 и 1974 годах около Юпитера пролетели КА «Пионер-10» и «Пионер-11», сделавшие первые фотографии спутника из космоса.

В марте 1979 года спутник изучал КА «Вояджер-1» (максимальное сближение — 732 тысяч км), а в июле — «Вояджер-2» (190 тысяч км). Были получены качественные снимки Европы и проведены измерения, в результате которых появилась гипотеза о наличии на Европе жидкого океана.

2 июня 1994 года при помощи космического телескопа «Хаббл» с использованием Годдардовского спектрометра высокого разрешения учёные из университета Джона Хопкинса и Научного института Космического телескопа под руководством Дойла Халла обнаружила в атмосфере Европы молекулярный кислород.

С декабря 1995 года по сентябрь 2003 года систему Юпитера изучал автоматический зонд «Галилео». 12 витков были посвящены изучению Европы (максимальное сближение — 201 км). Были обнаружены новые признаки существования океана.

В 1999—2000 годах космическая обсерватория «Чандра» обнаружила рентгеновское излучение Европы и Ио, которое, по-видимому, появляется при столкновении с их поверхностью быстрых ионов из магнитосферы Юпитера.

Из-за вероятности наличия жизни, Европу планируют в дальнейшем изучать при помощи спускаемого аппарата.

Теоретически можно представить в будущем создание научной базы на Европе по изучению европеанской жизни, если она существует. 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[править]

Некоторые учёные полагают, что в водах подповерхностного океана может существовать жизнь основанная на хемосинтезе.

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.

Однако, океан спутника представляет собой довольно «едкую жидкость», неблагоприятную для развития жизни. Мэтью Пасек с сотрудниками из Университета Южной Флориды на основании анализа данных о составе поверхностного слоя спутника и скорости диффузии кислорода в подлёдный океан сделал посчитал, что в нём слишком велика концентрация серной кислоты. Серная кислота в океане спутника образуется в результате окисления кислородом серосодержащих минералов недр Европы, в первую очередь сульфидов металлов. По расчётам, показатель кислотности pH воды подлёдного океана составляет 2,6 единицы. Углеродная жизнь в таких средахе маловероятна. Но, согласно вышеупомянутым выводам учёных из Калифорнийского технологического института, вышедших в марте 2013 года, океан Европы богат не серой и сульфатами, а хлором и хлоридами (например, хлоридами натрия NaCl и калия KCl), что делает его более похожим на океаны Земли.

В апреле 2013 года специалисты из Калифорнийского технологического института сообщили, что на спутнике обнаружены большие запасы перекиси водорода — потенциального источника энергии для бактерий-экстремофилов. По результатам исследований, проведённых при помощи телескопа Keck II гавайской обсерватории имени Кека, на ведущем полушарии Европы концентрация перекиси водорода достигала 0,12 %, но на противоположном полушарии перекиси почти нет. Полагают, что вещества-окислители, такие как перекись водорода, могут играть существенную роль в обеспечении энергией гипотетических живых организмов Европы.

В том же 2013 году в ходе обработки инфракрасных снимков «Галилео» 1998 года на спутнике в окрестностях 30-километрового ударного кратера были открыты признаки наличия глинистых минералов филлосиликатов.

Источники[править]