КАРТА САЙТА

Путешествие на галилеевы спутники Юпитера (продолжение)

Что это за вставки коры на Ганимеде?

Самый большой спутник в системе Юпитера и вообще в Солнечной системе назвали в честь Ганимеда – сына троянского царя, похищенного Зевсом на Олимп, где он стал разносить богам нектар. Радиус спутника 2631 км. По своему диаметру он превосходит планету Меркурий. Однако средняя плотность Ганимеда всего лишь 1,93 г/см3. Это говорит о том, что на этом спутнике очень много льда.   Рис. 10. Спутник Юпитера Ганимед.   Внешне по фотографиям Ганимед напоминает Луну, но он значительно крупнее ее. Около 40% поверхности Ганимеда – это, скорее всего, мощная ледяная кора, покрытая кратерами и странными полосами и бороздами. Кора Ганимеда состоит из смеси льда и темных горных пород.

Рис. 11. Поверхность Ганимеда.   На этой фотографии можно увидеть странные области, покрытые бороздами. Их высота около 1 км. Разрешение на фотографии – 3 км. Фрагмент Arbela Sulcus шириной 24 километра находится в южном полушарии Ганимеда. В целом эта полоса лежит ниже, чем весь окружающий ее темный район под названием Nicholson Regio. Как можно объяснить происхождение этой полосы? Отчетливо видно, что полоса является более поздним образованием, чем территории, которые она разделяет.

Полоса исчерчена параллельными едва заметными полосками, она как бы состоит из множества узких полосок. Окружающие полосу территории состоят из системы довольно узких хребтов-складок коры Ганимеда. Изгибы этих хребтов повторяют друг друга, следовательно, они образовались в результате смятия коры в складки. Хребты справа от полосы более резко выраженные. Заметьте: на них мало кратеров. А вот на полосе и на массиве хребтов слева кратеров много. Более свежими выглядят кратеры в пределах полосы.

Рис. 12. Фрагменты поверхности Ганимеда, видимые с его орбиты.   На мой взгляд, происхождение рельефа на его поверхности Ганимеда можно объяснить только периодическим изменением режима сжатия коры на режим растяжения. На последнем этапе развития поверхности в режиме расширения (спрединга) сформировалась широкая полоса.

Судя по параллельным отдельностям, из которых полоса состоит, процесс расширения был не равномерным, а происходил толчками. В результате за один толчок образовывалась полоска-вставка коры. Раздвижение блоков старой, собранной в складки, коры не поспевало за расширением подкоровой массы вещества Ганимеда, поэтому происходили локальные прорывы коры и образовывались вулканы – своеобразные свищи. Вещество, которое вырывалось сквозь эти жерла, испарялось, поэтому никаких потоков застывшей лавы вокруг вулканов мы не наблюдаем, если не считать небольшого белесого кольца, состоящего, по всей вероятности, из водяного льда, или из твердой углекислоты. В левой части (рис. 11) вулканов мало, так как там массив коры более толстый, справа массив потоньше, поэтому кора здесь прорывалась, но до того, как образовалась зона спрединга. Когда возникла зона спрединга, действие вулканов справа прекратилось, так как расширение вещества в мантии Ганимеда стало уравновешиваться расширением его за счет спрединга. В это время стали образовываться вулканы на поверхности полосы, так как толщина коры здесь значительно меньше и прорвать ее легче.

Может показаться, что складки слева и справа от полосы образовались потому, что возникающая вставка коры давит на соседние блоки старой коры и сминает их. Однако это не так. Складки коры на Ганимеде образуются тогда, когда этот спутник Юпитера переходит в режим сжатия. При этом в первую очередь начинает сминаться молодая тонкая кора именно вставок (зон последнего спрединга). И только когда резерв возможного сокращения поверхности спутника за счет смятия молодой коры оказывается исчерпанным, начинают сминаться более старые и более толстые блоки коры. При расширении Ганимеда в его мантии возникает огромное давление, которое и разрывают кору спутника продольными трещинами и свищами-вулканами. Резкое понижение давления в результате таких разрывов и прорывов приводит к резкому изменению агрегатного состояния вещества мантии, к его переходу из твердого состояния в жидкое, а из жидкого в газообразное. Вырываясь на поверхность, вещество резко охлаждается и переходит из жидкого состояния в твердое.

Рис. 13. Обрывы на Ганимеде.   На этом снимке, сделанном камерой станции Галилео 7 мая 1998 г. и станции Вояджер в 1979 г., видны четкие изогнутые обрывы. Это - депрессии типа земных вулканических кальдер. Предполагают, что такие кальдеры могли образоваться в результате проявления "водно-ледяного" вулканизма на Ганимеде. На этом снимке высокого разрешения видна депрессия длиной 55 км и шириной от 17 до 20 км. На дне депрессии находится складчатый язык, похожий на застывший поток типа лавовых потоков на Земле.

Складки выгнуты наружу (очевидно, вниз по склону), в сторону пересекающей ландшафт полосы мелких параллельных борозд. Морфология этой структуры образовалась в результате вулканического извержения, с жерлом и изливающимся из него потоком, врезающимся в поверхность. Извергаемым материалом, по всей вероятности, был лед и жидкая вода. Север - внизу снимка, освещение слева. Резрешение - 172 м на пиксель, расстояние - 17 500 км.

Из чего состоит кора Ганимеда, и какое вещество поступает из его мантии в кору и на поверхность спутника? Скорее всего, мантия его состоит из водяного льда, а не из твердой углекислоты, так как поток тепла, поступающего от Юпитера на Ганимед, достаточен для того, чтобы углекислота здесь находилась в газообразном состоянии хотя бы тогда, когда соответствующая сторона спутника обращена к планете гиганту. Таким образом, в мантии Ганимеда находится вода, но вода эта, вероятнее всего, в виде больших ледяных масс. Возможно, на большой глубине под очень мощным ледяным панцирем имеются небольшие резервуары жидкой воды.

Сравнение Ганимеда и Европы

Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под толстой ледяной коркой существует жидкий водный океан, который покрывает силикатное ядро. Плотность спутника Европа достаточно высокая – 3,04 г/см.

Рис. 14. Европа и предполагаемое ее внутреннее строение (слева).

Рис. 15. Внешний вид Ганимеда. Видны зоны спрединга и "материки", несколько крупных вулканов.

Эти фотографии (рис. 15), полученные Galileo, показывают в одном и том же масштабе местность под названием Arbela Sulcus (светлая полоса) на Ганимеде (слева) и местность на Европе (справа), которая также является спутником Юпитера и под поверхностной толщей льда содержит океан воды. Полоса Arbela Sulcus - одна из самых гладких местностей на Ганимеде, на ней видны очень тонкие продольные полоски, и она четко выделяется на фоне окружающей ее более темной местности с большим количеством кратеров.

Рис. 15. Полосы на Ганимеде и на Европе.   Что можно сказать, анализируя эти снимки? О местности на Ганимеде под названием Arbela Sulcus я уже написал выше. Этот снимок только подтверждает теорию ритмических расширений и сжатий Ганимеда. Кроме свежей полосы - вставки коры, образовавшейся в результате недавнего спрединга,мы видим здесь две более старые полосы – зоны предыдущих спредингов, которые последующими сжатиями были смяты в складки. Надо полагать, что до сжатия эти вставки были тоже гладкими и более широкими. Я назвал твердую поверхность Ганимеда корой, хотя это действительно может оказаться очень толстым слоем льда, покрывающим океан. В этом случае то, что я назвал мантией Ганимеда, следует называть океаном. Однако поведение такого океана и толстого слоя льда на его поверхности при сжатиях и расширениях космического тела может служить моделью поведения обычных мантии и коры земного типа.

Рис. 16. Трещины на Европе с более близкого расстояния. Там, под этими нагромождениями льда, находится жидкая вода - океан Европы.

 

На Европе ледяная кора, покрывающая жидкую мантию-океан, более тонкая, чем на Ганимеде. Поэтому твердая поверхность Европы разламывается значительно легче, при меньших напряжениях давления. Поэтому здесь меньше вулканов-свищей, но больше огромных блоков-льдин, связанных между собой трещинами, в которых поступающая снизу вода замерзла, образовав длинные и довольно высокие валы. Эти валы вдоль трещин пересекают друг друга, пересекают они и широкую полосу спрединга ледяной поверхности. В целом поверхность Европы глаже, чем поверхность Ганимеда. Следовательно, понижение давления при расширении Европы происходит быстрее, чем на Ганимеде, за счет выброса вещества через многочисленные трещины. В океане Европы таких давлений, как в океане-мантии Ганимеда, не образуется. Вполне возможно, что и масштаб изменения объема Европы в цикле «сжатие-расширение» не столь велик, как на Ганимеде. Тектонически Европа более «смирное» космическое тело, чем Ганимед. Поэтому вероятность обнаружения жизни в океане Европы больше, чем вероятность обнаружения жизни в океане-мантии Ганимеда.

Рис. 17. Поверхность Европы, расколотая на множество блоков (льдин). Какие силы смогли так искрошить ледяную кору, покрывающую океан Европы? Видно, что более молодые трещины секут более старые. Некоторые старые трещины-разломы на соседних блоках-льдинах сдвинуты относительно друг друга. Видно, что сжатия и растяжения этого ледяного покрова сменяли друг друга многократно.

 

Зоны спрединга на Ганимеде очень напоминают таковые на Земле. Вполне может быть, что именно в этих полосах сосредоточены океаны Ганимеда с жидкой водой, а темные участки – это материки, возвышающиеся над поверхностью океана, и под ними жидкой воды нет. Не исключено, однако, что эти материки Ганимеда состоят не только из каменной тверди, но включают и массы льда. Океаны на Ганимеде имеют глубокие участки, где под толстым слоем льда есть жидкая вода, и мелкие шельфовые. На шельфах ганимедский океан, скорее всего, промерз до дна и превратился в шельфовые ледники.

Рис. 18. Внутреннее строение Европы и ее океана. Вверху океан насквозь промерзший, внизу - под толстым ледяным панцирем находится жидкий океан. Верхний вариант скорее подходит Ганимеду, а нижний Европе.   Те линии, которые видны на фотографиях, – это трещины в толстой водяной коре. Их длина порой достигает нескольких тысяч километров. Трещины под разными углами пресекают друг друга. Видно, что одни из них более молодые, а другие более старые. Молодые пересекают старые. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры, что говорит не столько о молодости поверхности этого спутника, сколько о том, что при расширении его ядра образовывались не вулканы-свищи в толще ледяного покрова, а продольные трещины и через них поступали порции материала (скорее всего воды), которые, замерзая, наращивали поверхность этого спутника. На Европе нет возвышенностей более 100 м высотой. Это тоже говорит о том, что океан подо льдом жидкий. При сжатии ядра Европы лед на ее поверхности сжимался, коробился, некоторые льдины выжимались и принимали вертикальное положение, но снизу подтаивали и опускались так, что торосов выше 100м над поверхностью ледяной коры не образовывалось. 7 декабря 1995 года космическая станция «Галилео» исследовала его четыре спутника: Ио, Ганимед, Европу и Каллисто. Магнитометрические измерения показали существенные возмущения магнитного поля Юпитера вблизи Европы и Каллисто. Объяснить значительную индукцию и наблюдаемые возмущения магнитного поля возле этих спутников позволяет предположение о наличие у этих спутников океанов с соленостью, близкой к солености океанов на Земле (37,5 ‰). Аккреционные, радиогенные и приливные источники тепла на Европе и Ганнимеде достаточно мощны, чтобы стать причиной обезвоживания мантии и формирования на поверхности слоя воды (океана) глубиной более 100 км. Гравитационные измерения, проведенные аппаратурой станции «Галилео», подтвердили дифференциацию тела Европы на твердое ядро и водно-ледяной покров толщиной около 100 км, хорошо отражающий солнечные лучи. Возможно, этот океан даже теплый: существуют предположения о наличии в нем примитивных форм жизни.

Что там происходит на Ио? Вулканы Ио

Рис. 19. Внутреннее строение спутника Юпитера Ио.   Ио – один из спутников Юпитера, открытых в 1610г. Галилеем. По массе и радиусу этот спутник похож на Луну и виден в небе Юпитера как яркий красноватый диск или полумесяц. Диаметр Ио равен 3630 км, а плотность – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной оболочкой находится железистое ядро. Юпитер в небе Ио имеет диаметр около 20°. Назван спутник в честь возлюбленной Зевса из древнегреческого мифа, которую ревнивая Гера превратила в корову. Султаны вулканического происхождения взметаются над поверхностью этого спутника ввысь на сотни километров. На фотографии на переднем плане – потоки серы, позади – извергающийся вулкан. На Ио обнаружено 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой до 300 км.

Рис. 20. Действующий вулкан на Ио.   Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы, замерзающий потом на поверхности Ио в виде белого твердого вещества. Некоторое его количество улетает космос и образует кольцо, опоясывающее Юпитер. Оранжевый цвет поверхности Ио объясняется отложениями серы и сконденсировавшегося сернистого газа. На Ио зарегистрирована атмосфера в 10 миллионов раз разреженнее, чем на Земле. Но эта атмосфера плотнее, чем на Меркурии. Орбита спутника находится в своеобразном торе из ионов кислорода и серы.

Поверхность Ио молодая за счет постоянной сейсмической активности: на ней почти нет кратеров; зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы. Расчеты показывают, что Ио разогревается за счет огромных приливных воздействий от Юпитера, Европы и Ганимеда. Спутники Юпитера лежат в области влияния магнитного поля, и это, возможно, также объясняет вулканическую деятельность на Ио.

Рис. 21. Вулкан и кальдеры, заполненные серой, на Ио.   Истинное цветное изображение Ио, сделанное орбитальным аппаратом Galileo. Поверхность имеет мягкий, желтый оттенок с черными, коричневыми, зелеными, оранжевыми и красными областями, соответствующими активным вулканическим центрам. Солнце освещает изображение из-за камеры, что помогает восприятию цветных вариаций. Разрешающая способность - 1.3 километров на пиксель. Некоторые из вулканических центров имеют яркие и цветные потоки лавы, которые состоят из потоков серы. Действительно, на Ио давление недр приводит не к спредингу, а к образованию вулканов. Через эти «свищи» на поверхность спутника Юпитера Ио изливаются огромные массы расплавленного вещества и наращивают эту поверхность так, что при каждом излиянии лавы объем Ио увеличивается. Вулканов на Ио очень много, и все они действующие. Глядя на это фото, вряд ли кто будет оспаривать тезис о том, что и в отсутствии атмосферы на телах Солнечной системы далеко не все кратеры имеют ударное происхождение.

Рис. 22. Вид Юпитера с орбиты ближайшего его спутника Ио.   Это изображение Ио над Юпитером было получено 1 января 2001 года. Расстояние между Ио и верхним слоем облаков Юпитера составляет 2,5 диаметра Юпитера. На этом снимке Pele - большое красное кольцо, а Loki - темная область снизу слева от Pele. Pele - гигантский вулкан, который был впервые заснят станцией Voyager. Глядя на этот снимок, становится понятно, почему на Ио столь бурная вулканическая деятельность. Юпитер так близок, что его гравитация держит Ио словно в тисках.

Поток тепла, поступающий на Ио от Юпитера, столь велик, что вода не может удерживаться этим спутником, она испаряется и попадает в кольцо Юпитера. А вот жидкая сера, изливающаяся из жерлов вулканов, растекается по поверхности Ио. Выделить какие либо циклы сжатия и расширения по рельефу Ио невозможно.

На этом снимке недавно изверженная горячая лава имеет белый и темно-серый почти черный цвета. Два маленьких ярких пятна отмечают участки, где вещество выходит на поверхность в виде потоков лавы, а вот большая желтая и желто-оранжевая поверхность – это охлаждающийся поток лавы протяженностью более 60 километров. Новые потоки лавы, застывая, образуют резкие уступы на поверхности вокруг жерла вулкана.

Рис. 23. Поверхность Ио, снятая орбитальным аппаратом Galileo. Видны вулканы и области, покрытые разными соединениями серы.

 

Это изображение сделано орбитальным аппаратом Galileo в период с июля по сентябрь 1996 года. Область имеет ширину в 11 420 км, с широтой линий координатной сетки в 30 градусов. Замерзшая двуокись серы кажется белой и серой, в то время как желтые и коричневые цвета, вероятно, соответствуют другим осаждениям серы. Яркие красные поверхности являются областями недавнего вулканического извержения, вещество здесь имеет высокую температуру. Разрешающая способность изображения - от 10 до 23 километров на пиксель. Да, весьма впечатляющая картинка! Вулканы буквально затопили поверхность Ио лавой из серы. Но если образуется двуокись серы, значит здесь на Ио имеется кислород. Формула воды, как известно, - Н₂О, а двуокиси серы - S₂O. Что же там творится в этом адском мире, наверняка там есть и сероводород и другие более сложные соединения и комплексы на базе серы. А какая нестерпимая вонь, наверное, на спутнике Юпитера Ио!

Побываем и на Каллисто

Рис. 24. Внешний вид Каллисто. Полос на его поверхности нет.   Каллисто - последний из Галилеевых спутников по расстоянию, от Юпитера до него около 1.88 миллионов км, он в 1,45 раза больше Луны по массе. Его диаметр - 4840 км. Отличается от Европы и Ганимеда тем, что сильнее изрыт кратерами. Средняя плотность Каллисто - 1,83 г/см3. Водяной лед на Каллисто составляет до 60 % массы этого спутника. У Каллисто найдено собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на поверхности. Поэтому предполагается наличие у него под силикатной корой металлического ядра. Так же, как и у Ганимеда, светлые кратеры на Каллисто – более поздние образования. Их там огромное количество: особое внимание привлекает кратер Валгалла. Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами лет. Если наличие океана на Европе и Ганимеде можно считать доказанным, то для Каллисто более вероятно отсутствие жидкого океана, хотя мощность внутренних источников тепла на спутнике близка к требуемой для возникновения жидкой фазы, то есть температура там на некоторой глубине должна быть не менее 0° С.

Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали, что этот спутник состоит только из металлического ядра и оболочки из льда. Вторая кольцевая структура диаметром около 500 км видна к северу от Асгард. Она частично перекрыта более свежим кратером "Бурр" со светлыми лучами. Свежий ледяной материал, выброшенный из кратера, резко контрастирует с более темным красноватым покровом более старой поверхности Каллисто. Снимок получен Галилео 4 ноября 1996 г. с расстояния 111 999 км. Рис. 25. Кольцевая структура Асгард на Каллисто и ее окружение.

Полагают, что светлые области содержат более чистый поверхностный лед, образовавшийся во время извержения мощного воляного вулкана. Глобальный снимок показывает одну из двух самых больших кольцевых структур на Каллисто – Асгард - размером около 1700 км. Север сверху, освещение с востока. Кольца структуры состоят из деградировавших гряд в центральной зоне и разломов на периферии, которые образовались из-за деформации ледяной коры.

Снимок сделан 16 сентября 1997 г. с расстояния 9500 км, его разрешение 90 м.Поле снимка около 1400 км в ширину, север вверху, освещение с востока. В пейзаже доминирует огромная структура концентрических колец Асгард, ее диаметр около 1700 км, середина структуры довольно гладкая и светлая. Свежий кратер Бурр, расположенный в северной части Асгард, имеет примерно 75 км в диаметре.   Рис. 26. Кольцевая структура Асгард на Каллисто и детальное изображение кратера Дох.

Снимок Галилео показывает третий тип кратеров - купольный кратер, названный Дох, около 55 км в диаметре и расположенный в светлой центральной части кольцевой структуры Асгард. Подобные кратеры имеют в центре вместо чашеобразной выемки широкий купол (этот имеет около 25 км в поперечнике). Такие кратеры часто встречаются на Марсе, и их происхождение не имеет никакого отношения к метеоритам. Купольные кратеры возникают в результате выдавливания массы вещества давлением из жерла кратера. По сути, такие купола до поры до времени являются «затычками» в кратерах уснувших на время вулканов. При нарастании давления в недрах они вылетают с огромной скоростью, которая может выводить их даже на околоспутниковую орбиту. Такое происхождение, возможно, имеют знаменитые спутники Марса Фобос и Деймос.

Рис. 27. Спутники планет Солнечной системы и планета Меркурий в чем-то похожи друг на друга.   Возможно, некогда они были полноправными планетами и вращались вокруг Солнца. Однако гравитационные возмущения, периодически случающиеся в Солнечной системе по мере прохождения ею галактической орбиты, привели к гравитационному захвату этих планет более крупными соседями. Луну захватила Земля, Ио, Европу, Ганимед и Каллисто - Юпитер. Сатурн захватил Титан, а Нептун - Тритон. Имеется версия, согласно которой Меркурий некоторое время являлся спутником Венеры, но Солнце разрушило этот союз и сделало Меркурий вновь планетой. В эту группу тел Солнечной системы можно включить и Марс. Таковы они - шары космического бильярда.

Ударная теория происхождения всех кратеров на планетах и спутниках Солнечной системы давно изжила себя и нуждается в существенной корректировке. Кроме бомбардировки метеоритами, причиной возникновения кратеров являются эндогенные процессы, происходящие под поверхностью планет и их спутников. Увеличение объема ядер планет и спутников является причиной образования большинства кольцевых структур, вулканов, кратеров и куполов на их поверхности. Ударные кратеры, разумеется, имеют место, но их роль часто второстепенная.

---

Использованы Фото и схемы NASA/JPL/DLR/BROWN University. Наше понимание объектов и процессов на фотографиях часто не совпадает с общепринятым.