Космонавтика: Будет ли путь на Амальтею?

Амальтея спутник Юпитера

У этого термина существуют и другие значения, см. Амальтея.
Амальтея

(лат.
Amalthea
, др.-греч. Ἀμάλθεια) — спутник Юпитера, крупнейший в системе Юпитера после галилеевых спутников
.

Открытие и название

Амальтея была открыта Эдуардом Барнардом 9 сентября 1892 года. Она стала последним спутником, открытым с помощью непосредственного наблюдения (а не методом фотографии), и первым спутником Юпитера, обнаруженным после открытия галилеевых спутников в 1610

.

Название «Амальтея» было утверждено Международным астрономическим союзом в 1975, но неформально использовалось и раньше по предложению К. Фламмариона. До 1975 спутник был также известен под обозначением «пятый спутник Юпитера»

.

Амальтея названа по имени персонажа древнегреческой мифологии — козы (в более поздних вариантах мифа — нимфы), вскормившей молоком младенца-Зевса (в римском пантеоне — Юпитера), скрывавшегося от гнева своего отца Кроноса (в римском пантеоне — Сатурна

).

Особенности поверхности Тритона

На снимках, полученных от Вояджера, видны несколько кратеров. Это свидетельствует об относительно молодой поверхности Тритона. Почти все южное полушарие покрыто ледяной шапкой из замороженного азота и метана А уникальные сложные узоры, которые есть на большей части поверхности, вероятно, являются результатом циклов замораживания/оттаивания. Поверхность здесь похожа на кожуру дыни, которая состоит из примерно одинаковых углублений. Они имеют размеры от 5 до 25 км в поперечнике и разделены рядами перекрывающихся гребней. Одна из гипотез их возникновения заключается в том, что ямочки являются результатом внутренних взрывов. Другая объясняет их таянием и обрушением ледяной поверхности.

Физические характеристики

Небольшая Амальтея поставила перед учёными ряд загадок, некоторые из которых не разгаданы до сих пор

.

Амальтея — самый красный объект в Солнечной системе (даже более красный, чем Марс). Красный цвет спутника, возможно, обусловлен наличием серы, выбрасываемой вулканами . Происхождение ярко-зелёных пятен на крупных откосах Амальтеи пока не выяснено

.

Амальтея имеет неправильную форму (262x146x134 км), наиболее длинная ось ориентирована на Юпитер. Спутник сильно кратерирован, причём размеры некоторых кратеров сравнимы с размерами самой Амальтеи. Например, крупнейший кратер Пан имеет диаметр до 100 км и глубину 8 км. Другой кратер имеет размеры 80 км и вероятно в два раза глубже Пана. Имеются также два горных пика, возвышающихся над местным рельефом на 20 км

.

Именно неправильная форма и довольно большой размер Амальтеи, привели в прошлом к выводу, что это довольно твёрдое тело с высокой плотностью]. Однако, после пролёта над спутником 5 ноября 2002 года аппарата «Галилео», выяснилось, что плотность Амальтеи составляет лишь 0, 85 г/см³], что говорит о значительном содержании льда (наличие льда обнаружено и при спектрографических исследованиях с Земли). Но такого рода спутник не мог бы образоваться вблизи Юпитера, так как «молодой» горячий Юпитер на ранних стадиях эволюции предотвратил бы конденсацию летучих материалов (этим, в частности, объясняется отсутствие воды на ). Следовательно, Амальтея представляет собой «захваченный» Юпитером астероид. Однако характер орбиты Амальтеи говорит о маловероятности такого события. Имеются также гипотезы, что Амальтея состоит из пористого (но прочного) материала, или что она была разбита на куски, которые впоследствии соединились, образовав крупные полости внутри спутника

.

Амальтея фотографировалась с близкого расстояния аппаратами «Вояджер-1» и «Галилео»]

.

В 2002 году космический аппарат Galileo определил, что плотность спутника существенно меньше, чем считалось ранее, и он вероятно представляет собой совокупность слипшихся друг с другом ледяных глыб]

.

Характеристики Амальтеи

Как мы узнали столько про Амальтею?

Само существование Амальтеи сложно объяснить. Она слишком большая, чтобы образоваться из планетных колец, и слишком ледяная для близости к Юпитеру — в годы молодости газового гиганта, температура на орбите луны достигала 800 °С. Скорее всего, планета-гигант захватила ее извне, как это делает регулярно с кометами. Да и Амальтея не самый обычный ледяной спутник — ее тепло превышает энергию падающих на нее лучей. Она подогревается электромагнитной бомбардировкой со стороны Юпитера.

Все эти загадки — и тем более ответы на них — достались астрономам не так уж просто. Несмотря на близость Юпитера к Земле, его спутники изучены хуже, чем спутники того же Сатурна. Разрешающая способность камер космического аппарата «Галилео», пока что наиболее плодотворного проекта по исследованию Юпитера и его лун, составляла всего 800х800 пикселей. Да и занят «Галилео» был более крупными и приоритетными спутниками, вроде вулканической Ио, или потрескавшейся Европы.

Поэтому полученные данные про Амальтею — это плод ловкости астронавигаторов, находчивости инженеров и программистов, а также недюжинные усилия со стороны астрономов и физиков на Земле. В итоге, известны следующие характеристики спутника:

Амальтея в фактах

• Линейные измерения Амальтеи — 250×146×128 километров, со средним диаметром в 168 км. Форма спутника, в соответствии с цифрами, сильно вытянутая, очертаниями напоминающая картошку. На картофелины, к слову, похожи большинство небольших спутников и астероидов, силы гравитации которых не хватает для самостоятельного преобразования в шар.
• Однако рельеф Амальтеи допускает большие колебания в линейных измерениях. Спутник изрыт очень большими кратерами. Один из них, Гея, доходит до 20 километров в глубину — это около 11% диаметра спутника!
• Интересный факт — если бы кратер такого масштаба образовался на Земле, его дно было бы в 700 километров глубиной. Температура там будет около 2000 градусов по Цельсию, а снизу станут прибывать потоки магмы из мантии вокруг ядра. Числа, разумеется, чисто теоретические — удар, позволяющий сделать такой кратер, легко разрушит нашу планету. Литосферные плиты на обратной стороне от удара буквально взлетят в воздух на волнах магмы — и одним большим кратером станет вся Земля.

Амальтея, спутник Юпитера, в представлении художника
Как же Амальтея пережила образование таких кратеров? Ответ кроется в составе луны: ее основной породой является замерзшая вода. Несмотря на то, что в условии низких температур безвоздушной поверхности спутника (около –146 °C) водный лед твердый как камень, он остается пластичным. Поэтому сила ударов метеоритов прорывает большие котлованы кратеров, но не разрушает сам спутник.

• Масса Амальтеи — 2,06×1018 килограмм. Итоговая плотность породы спутника получается 0,8-0,9 г/см3­, что несколько меньше консистенции льда. Недобор плотности является верным признаком наличия пустот — а это свидетельствует о том, что один из метеоритов таки сумел разрушить Амальтею. Ученые считают, что спутник собрался из осколков своего предыдущего тела под влиянием собственной гравитации. Похожую структуру имеют много других спутников и астероидов: астрономы называют такие тела «кучей щебня».
• Интересный факт — вопреки ледяному составу, поверхность Амальтеи красного цвета. Она краснее Ио, другого спутника Юпитера, и даже Марса. Астрономы считают ее одним из наиболее красных тел Солнечной системы — конкурирует с ней только самая далекая карликовая планета, Седна! Существует несколько теорий необычного окраса луны Юпитера — от оседания серы с вулканов Ио до разложения органических веществ на поверхности под воздействием излучения газового гиганта.
• Амальтея находится очень близко к Юпитеру — планету и спутник разделяют всего 181 тысяча километров. Вокруг планеты луна обращается за 16 часов и 11 минут — при этом своей вытянутой стороной Амальтея всегда повернута в сторону Юпитера. Это последствие синхронного вращения луны — так как скорости вращения вокруг собственной оси и вокруг планеты совпадают, с Юпитера всегда видна только одна сторона Амальтеи. Так же вращается и наша Луна.

Амальтея принадлежит к внутренним спутникам Юпитера — «группе Амальтеи». Эта луна объединяет меньшие спутники не только благодаря самому крупному размеру, но и из-за сочетания свойств, характерных всем внутренним лунам. Спутники группы играют ключевую роль в системе колец планеты. Так, Метида и Адрастея служат «пастухами» главного кольца Юпитера, поддерживая его силой орбитального резонанса — пропорционального времени вращения вокруг планеты. Более крупные Амальтея и Фива поддерживают собственные, «паутинные» кольца Юпитера. Все внутренние спутники питают кольца веществом, которые выбивают из их поверхности метеориты.

Примечания

1. Planetary Satellite Physical Parameters на сайте НАСА
2. Results from the Galileo Energetic Particle Detector During the Amalthea Encounter of November 5th, 2002 Официальный научный отчет о пролёте «Галилео» мимо Амальтеи
3. Burns, J.A.; Simonelli, D. P.;Showalter, M.R. et.al. (2004). «Jupiter’s Ring-Moon System». In Bagenal, F.; Dowling, T.E.; McKinnon, W.B. (pdf). Jupiter: The Planet, Satellites and Magnetosphere. Cambridge University Press. https://www.astro.umd.edu/~hamilton/research/preprints/BurSimSho03.pdf.
4. Anderson, J.D.; Johnson, T.V.; Shubert, G.; и др. (2005 ). «Amalthea’s Density Is Less Than That of Water» (en). Science308
   (5726): 1291-1293.
5. Thomas, P.C.; Burns, J.A.; Rossier, L.; et.al. (1998). «The Small Inner Satellites of Jupiter». Icarus135
   : 360–371. DOI:10.1006/icar.1998.5976.
6. Амальтея — большой снежок на орбите Юпитера. Элементы — новости науки (28 мая 2005). Архивировано из первоисточника 26 августа 2011. Проверено 13 мая 2011.

История исследования Амальтеи

Первичный этап

Телескоп Ликской обсерватории.

Амальтея очень примечательна с точки зрения истории астрономии — это пятый и последний спутник Юпитера, который удалось открыть с Земли при помощи живых наблюдений в телескоп. Все остальные луны обнаружили либо на фотографиях, либо с помощью зондов. Открытие было сделано еще в конце XIX века Эдвардом Барнардом. Он увидел Амальтею в Ликской обсерватории США в 1892 году. Инструментом стал 91-сантиметровый телескоп-рефрактор.

Жизненный путь Барнарда служит живой иллюстрацией того, как тяга к звездам преодолевает все препятствия. Он вырос полусиротой в обеднелой семье — Барнард вынужден был работать помощником фотографа с девяти лет. Это было не так уж просто: в те времена реактивы для проявки фотографий были куда более ядовиты, а сама аппаратура для съемки — тяжелой даже для взрослого человека. Однако это не повлияло на любовь Барнарда к фотографии: он стал одним из первых астрофотографов. Использование химических или электронных светочувствительных элементов вместо человеческого глаза — фундаментальный инструмент поиска и наблюдения космических тел сегодня.

Современный этап. Вклад космических зондов

Имя Амальтеи — козы, вырастившей младенца-Зевса в греческой мифологии — было впервые предложено в 1893 году, и официально принято почти 100 лет спустя, 1976. Такая «проволочка» в первую очередь была связана с астрономической традицией — во времена открытия Амальтеи, спутники Юпитера попросту отмечали цифрами, не утруждаясь именованием.

Первые фото Амальтеи, на которых она хоть немного отличалась от небольшой звездочки, были сделаны зондом «Вояджер-1» в 1979 году, а также «Вояджером-2» спустя 4 месяца. Разрешение снимков было не самым лучшим — но астрономы узнали о приблизительных размерах, температуре и ориентировочном составе поверхности Амальтеи.

«Галилео» на фоне Амальтеи. Рисунок.

Пока что самый весомый вклад в исследование спутника внес зонд «Галилео» — впервые он сфотографировал Амальтею в 1996 году, а наиболее подробно — в начале 2000 года. Разрешение снимка составило всего 2,4 километра на пиксель, так как расстояние между «Галилео» и спутником превышало 230 тысяч километров. Еще в аппарате почти сразу сломалась высокомощная антенна, из-за чего на Землю зонд передавал файлы со скоростью 160 бит/сек. Это тоже повлияло на качество снимков.

Наиболее близко зонд подошел к Амальтее в 2002 году: центр луны и зонд разделяло всего 244 километров! Увы, но пролет не принес фотографий — к тому времени «Галилео» исследовал Юпитер уже 7 лет, и его камера вышла со строя. Но регистрация изменения траектории под воздействием притяжения Амальтеи позволила точно вычислить массу спутника.

Последними отметились в истории изучения Амальтеи аппараты «Кассини» и «Новые Горизонты» в 2001 и 2006 годах соответственно. Они уточнили данные орбитальные характеристики Амальтеи.