Европа — ледяной спутник Юпитера

История открытия

В 1610 году Галилео Галилей, наблюдая за светилами в телескоп, обнаружил четыре луны на орбите у Юпитера. Астроном не называл их, а дал им порядковые номера. Европа был назван “вторым”, хотя он расположен шестым по удаленности от планеты. Текущее название луне дал Симон Марий. Он заявил себя первооткрывателем спутника Европы, но Галилей отверг все попытки его переименовать. До 20 века, все луны были под римскими цифрами, позже, все-таки воспользовались предложением Симона.

Особенности поверхности

На шестом спутнике Юпитера есть небольшое количество разломов, невысоких холмов, пересекающихся линий, которые покрыты слоем прозрачного льда. Но, по меркам космического пространства, это одно из светил с идеально ровной поверхностью в Солнечной системе. Здесь обнаружено всего 30 кратеров с небольшим диаметром (5 км). Прозрачный лед и ровная поверхность говорят о сравнительно молодой поверхности, которой не больше 30 млн лет.

Юпитер оказывает сильнейшее приливное воздействие на поверхность своего спутника, из-за чего она трещит. Из-за этого, Европа обладает высокой отражающей способностью. Температура воздуха здесь ниже 150°.

Физические характеристики

Сравнение размеров Земли, Луны и Европы Близкий к натуральному цвет поверхности (слева) и искусственно усиленный цвет (справа). Фото АМС «Галилео»
По размеру Европа немногим меньше Луны. Имея диаметр 3122 км, она занимает шестое место по величине среди спутников и пятнадцатое — среди всех объектов Солнечной системы. Это самый маленький из галилеевых спутников. Однако масса Европы больше, чем у всех известных спутников в Солнечной системе, уступающих ей размерами, вместе взятых[27]. Её средняя плотность — 3,013 г/см3 — указывает на то, что она состоит в основном из силикатных пород и, таким образом, схожа по составу с планетами земной группы[28].

Происхождение и эволюция

По-видимому, Европа (как и другие галилеевы спутники) сформировалась из газопылевого диска, окружавшего Юпитер[4][29][30]. Этим объясняется то, что орбиты этих спутников близки к окружностям и радиусы орбит регулярно увеличиваются[30]. Данный диск мог сформироваться вокруг прото-Юпитера путём выведения части газа, составляющего начальную массу прото-Юпитера, в процессе гидродинамического коллапса[30]. Внутренняя часть диска была теплее внешней, и поэтому внутренние спутники содержат меньше воды и других летучих веществ[4].

Если газовый диск был достаточно горячим, то твёрдые частицы из перенасыщенного пара при достижении размеров около 1 см могли довольно быстро оседать к средней плоскости диска[31]. Затем, благодаря механизму гравитационной неустойчивости Голдрайха — Уорда, из тонкого слоя сконденсированного твёрдого вещества в газовом диске начинают образовываться тела размерами в несколько километров[30]. Вероятно, из-за ситуации, подобной картине формирования планет в Солнечной туманности, формирование спутников Юпитера произошло сравнительно быстро.

Так как Европа содержит меньше льда, чем остальные крупные спутники Юпитера (кроме Ио), то она была сформирована в эпоху, когда завершилась конденсация льда в вещество спутников. Рассмотрим две крайние модели завершения конденсации льда. В первой модели (аналогичной модели Поллака и Рейнольдса) предполагается, что температура недавно образованной частицы определена балансом между энергией, поглощаемой ею от Солнца, и энергией, излучаемой ею в пространство, и не берётся в расчёт прозрачность диска в ближней инфракрасной области[30]. Во второй модели предполагается, что температура определяется конвективным переносом энергии в пределах диска, а также берётся в расчёт, что диск непрозрачен[30]. Согласно первой модели, конденсация льда завершилась примерно 1—2 млн лет после формирования Юпитера, а для второй модели этот период составил 0,1—0,3 млн лет (в расчёт берётся температура конденсации около 240 К)[30].

На заре истории Европы её температура могла превышать 700 К, что могло привести к интенсивному выделению летучих веществ, которые гравитация Европы не могла удержать[32][33]. Подобный процесс происходит на спутнике и сейчас: водород, образующийся при радиолизе льда, улетает прочь, а кислород задерживается, образуя тонкую атмосферу. В настоящее время, в зависимости от темпа выделения тепла в недрах, несколько десятков километров коры могут находиться в расплавленном состоянии[33].

Внутренняя структура

Внутреннее строение Европы
Европа больше похожа на планеты земной группы, чем другие «ледяные спутники», и в значительной степени состоит из камня. Внешние слои спутника (толщиной предположительно 100 км) состоят из воды — частью в виде ледяной коры толщиной 10—30 км, а частью, как полагают, — в виде подповерхностного жидкого океана. Ниже лежат горные породы, а в центре, предположительно, находится небольшое металлическое ядро[34]. Главный признак наличия океана — магнитное поле Европы, обнаруженное «Галилео». Оно всегда направлено против юпитерианского (хотя последнее на разных участках орбиты Европы ориентировано по-разному). Это означает, что его создают электрические токи, индуцированные в недрах Европы магнитным полем Юпитера. Следовательно, там есть слой с хорошей проводимостью — скорее всего, океан солёной воды[4]. Другой признак существования этого океана — указания на то, что кора Европы когда-то сдвинулась на 80° относительно недр, что было бы невозможно, если бы они прочно прилегали друг к другу[35].

Поверхность

Мозаика из снимков поверхности Европы, сделанных КА «Галилео». Видно признаки эндогенной геоактивности: линии, лентикулы (бугры и ямы) и Коннемарский хаос (ниже центра) Крутой пик высотой 250 м и гладкое плато, расположенные в пределах Коннемарского хаоса
Поверхность Европы одна из самых ровных в Солнечной системе[36], лишь немногие образования, напоминающие холмы, имеют высоту до нескольких сотен метров. Высокое альбедо спутника — около 0,65[3][37] — свидетельствует о том, что поверхностный лёд относительно чистый и, следовательно, молодой (полагают, что, чем чище лёд на поверхности «ледяных спутников», тем он моложе). Характер поверхности Европы на мелких масштабах остаётся невыясненным, поскольку наиболее детализированный снимок поверхности Европы (сделанный аппаратом «Галилео» с высоты 560 км 16 декабря 1997 года) имеет разрешение всего 6 м на пиксель. Ещё 15 изображений имеют разрешение 9–12 м на пиксель. Снимок одной из наиболее интересных с научной точки зрения областей Европы — пятна Тера (лат. Thera Macula) — имеет разрешение 220 м на пиксель. Более детализированные снимки будут получены не ранее декабря 2030 года, когда аппарат JUICE совершит два облёта вокруг Европы на высоте 400—500 км.

Наиболее часто на поверхности спутника встречаются следующие геоструктуры:

• Равнинные области. Гладкие равнины могут образоваться в результате активности криовулканов, которые извергаются на поверхность, заполняя растекающейся и твердеющей водой огромные площади.
• Области с хаотическим рельефом, занятые случайно разбросанными «обломками», имеющими различную геометрическую форму.
• Области с преобладанием линий и полос.
• Хребты (как правило, сдвоенные).
• Ударные кратеры.

Количество кратеров невелико (есть лишь около 40 наименованных кратеров диаметром свыше 5 км[38]), что говорит об относительной молодости поверхности[37][39] — от 20 до 180 млн лет[40]. Следовательно, Европа обладает высокой геоактивностью. В то же время сравнение фотографий «Вояджеров» и «Галилео» не выявило каких-либо заметных изменений за 20 лет[4]. Сейчас в научном сообществе нет полного консенсуса насчёт того, как образовались детали, наблюдаемые

Почему Спутник Европа называют глобальным океаном?

По размерам, луна Юпитера меньше нашего земного шара. Но, при этом, воды там в два раза больше, чем у нас. Глубина океана, который находиться под слоем льда, превышает 100 км. Из-за радиационного и ультрафиолетового воздействия на водяной лед, жидкость распадается на водород и кислород. Более легкий газ улетучивается. Ввиду наличия множества трещин на поверхности луны, кислород попадает в океан и питает его. Это делает ее похожую на земную морскую воду.

Жидкость под ледяным панцирем не замерзает. Температура на луне ниже 150°, но сохраняется жидкое состояние воды в океане. Это парадоксально для светил Солнечной системы, но вполне объяснимо. Из-за приливных сил “газового гиганта”, поверхность Европы поднимается почти на 30 метров. Огромный поток энергии преобразовывается в тепло, тем самым “подогревая” жидкость в океане.

Спутник Юпитера — Европа

Европа — спутник Юпитера, наименьший из четырёх галилеевых спутников.
История открытия и название

Европа была открыта Галилео Галилеем в 1610 году с помощью изобретённого им телескопа. На открытие спутника претендовал также немецкий астроном Симон Мариус, который наблюдал Европу в 1609 году, но вовремя не опубликовал данные об этом.

Европа названа по имени персонажа древнегреческой мифологии — возлюбленной Зевса (Юпитера).

Физические характеристики

Европа относится к числу крупнейших спутников планет Солнечной системы; по размерам она близка к Луне.

Европа всегда повёрнута к Юпитеру одной стороной. Ио, Европа и Ганимед находятся в орбитальном резонансе — их орбитальные периоды относятся как 1:2:4.

Европа больше похожа на планеты земной группы, чем другие «ледяные спутники», и в значительной степени состоит из горных пород. Она полностью покрыта слоем воды толщиной предположительно порядка 100 км (частью — в виде ледяной поверхностной коры толщиной 10—30 км; частью, как полагают, — в виде подповерхностного жидкого океана). Далее залегают горные породы, а в центре предположительно находится небольшое металлическое ядро.

Поверхность

Поверхность Европы очень ровная, лишь немногие образования, напоминающие холмы, имеют высоту несколько сот метров. Высокое альбедо спутника свидетельствует о том, что поверхностный лёд довольно чистый, и, следовательно, «молодой» (полагают, что, чем чище лёд на поверхности «ледяных спутников», тем он моложе). Количество кратеров невелико, имеется только три кратера диаметром больше 5 км, что также говорит об относительной молодости поверхности. По оценкам, её возраст не превышает 30 млн лет, и, следовательно, Европа обладает высокой геологической активностью. В то же время, сравнение фотографий «Вояджеров» и «Галилео» не выявило каких-либо изменений за 20 лет.

Поверхность Европы по земным меркам очень холодная — 150—190 °C ниже нуля. На поверхности спутника должна наблюдаться высокая радиация, так как орбита Европы проходит через мощный радиационный пояс Юпитера.

Предполагают, что поверхность Европы претерпевает постоянные изменения, в частности, образуются новые разломы. Края некоторых трещин могут двигаться относительно друг друга, причём подповерхностная жидкость иногда может подниматься через трещины наверх. На Европе имеются протяжённые двойные хребты; возможно, они образуются в результате нарастания льда вдоль кромок открывающихся и закрывающихся трещин.

Нередко встречаются и тройные хребты. Полагают, что механизм их образования происходит по следующей схеме. На первом этапе в результате приливных деформаций в ледяном панцире образуется трещина, края которой «дышат», разогревая окружающее вещество. Вязкий лёд внутренних слоёв расширяет трещину и поднимается вдоль неё к поверхности, загибая её края в стороны и вверх. Выход вязкого льда на поверхность образует центральный хребет, а загнутые края трещины — боковые хребты. Эти геологические процессы могут сопровождаться разогревом вплоть до плавления локальных областей и возможных проявлений криовулканизма.

На поверхности спутника имеются протяжённые полосы, покрытые рядами параллельных бороздок. Центр полос светлый, а края тёмные и размытые. Предположительно, полосы образовались в результате серий криовулканических водных извержений вдоль трещин. При этом тёмные края полос, возможно, сформировались в результате выброса на поверхность газа и осколков пород. Имеются и полосы другого типа, которые, как полагают, образовались в результате «разъезжания» двух поверхностных плит, с дальнейшим заполнением трещины веществом из недр спутника.

Рельеф некоторых частей поверхности позволяет предположить, что в этих участках поверхность когда-то была полностью расплавлена, и в воде даже плавали льдины и айсберги. Причём видно, что льдины (вмороженные ныне в ледяную поверхность) ранее образовывали единую структуру, но затем разъехались и повернулись.

Обнаружены тёмные «веснушки» — выпуклые и вогнутые образования, которые могли сформироваться в результате процессов, аналогичным лавовым излияниям (под действием внутренних сил «тёплый», мягкий лёд двигается от нижней части поверхностной корки вверх, а холодный лёд оседает, погружаясь вниз; это ещё одно из доказательств присутствия жидкого, тёплого океана под поверхностью). Встречаются и более обширные тёмные пятна неправильной формы, образовавшиеся, предположительно, в результате расплавления поверхности под действием приливов океана, либо в результате выхода внутреннего вязкого льда. Таким образом, по тёмным пятнам можно судить о химическом составе внутреннего океана и, возможно, прояснить в будущем вопрос о существовании в нём жизни.

На поверхности также имеется кратер Пвилл, в центре которого находится горка, превышающая его края по высоте, что может свидетельствовать о выходе мягкого льда или воды через отверстие, пробитое метеоритом.

Ландшафты Европы классифицируют на следующие основные типы:

•Равнинные области. Гладкие равнины могут образоваться в результате активности криовулканов, которые извергаются на поверхность, заполняя растекающейся водой огромные площади. •Хаотические области, которые напоминают случайно разбросанные «обломки» разных геометрических форм. •Области с преобладанием линий и полос. •Хребты (как правило двойные). •Кратеры.

Океан Вышеприведённые характеристики поверхности Европы свидетельствуют о существовании жидкого океана под ледяной коркой на её поверхности. Глубина океана — до 90 км; его объём превышает объём мирового океана Земли. Тепло, необходимое для поддержания его в жидком состоянии, предположительно вырабатывается за счёт приливных взаимодействий (в частности, приливы поднимают поверхность спутника на высоту до 30 метров). В то же время, существует и альтернативная теория, объясняющая характер поверхности наличием не жидкого океана, а слоя мягкого льда.

Существование подповерхностного океана подтверждается переменным характером магнитного поля Европы. Если бы поле образовалось под действием ферромагнитного ядра, то оно было бы гораздо стабильнее и слабее. Магнитные полюса расположены вблизи экватора спутника и постоянно смещаются. Изменения мощности и ориентации поля коррелируют с прохождением Европы через магнитное поле Юпитера. Это можно объяснить лишь наличием токопроводящей жидкости (воды) под поверхностью спутника: сильное магнитное поле Юпитера вызывает электротоки в солёном океане Европы, которые и формируют её необычное магнитное поле.

Спектральный анализ тёмных линий и пятен на поверхности показал наличие солей, в частности, сульфата магния («английская соль»). Красноватый оттенок позволяет предположить наличие также сернистых и железистых веществ. По-видимому, эти соли содержатся в океане Европы. Кроме того, обнаружены следы перекиси водорода и сильных кислот.

Предполагается, что подлёдный океан Европы близок по своим параметрам к участкам океанов Земли вблизи глубоководных геотермальных источников, а также к подлёдным озёрам, таким, как озеро Восток в Антарктиде. В таких водоёмах может существовать жизнь. В то же время, некоторые учёные полагают, что океан Европы может представлять собой довольно ядовитую субстанцию, не слишком подходящую для жизнедеятельности организмов.

Помимо Европы, океаны предположительно имеются на Ганимеде и Каллисто (судя по структуре их магнитных полей). Но, согласно расчётам, жидкий слой на этих спутниках начинается глубже и имеет температуру существенно ниже нуля (при этом вода остаётся в жидком состоянии благодаря высокому давлению).

Открытие на Европе водяного океана имеет важное значение для поисков внеземной жизни. Поскольку поддержание океана в тёплом состоянии происходит не столько благодаря солнечному излучению, сколько в результате приливного разогрева, то это снимает необходимость наличия близкой к планете звезды для существования жидкой воды — необходимого условия возникновения белковой жизни. Следовательно, условия для формирования жизни могут возникать в периферийных областях звёздных систем, около маленьких звёзд и даже вдали от звёзд, например, в системах планетаров.

Атмосфера

Космический аппарат «Галилео» обнаружил на Европе ионосферу, что указывало на существование атмосферы у спутника. Впоследствии с помощью орбитального телескопа «Хаббл» у Европы действительно были замечены следы крайне слабой атмосферы, давление которой не превышает 1 микропаскаль. Атмосфера состоит из кислорода, образовавшегося в результате разложения льда на водород и кислород под действием солнечной радиации (лёгкий водород при столь низком тяготении улетучивается в космос).

Изучение Европы с помощью космических аппаратов Первые фотографии Европы из космоса были сделаны станцией «Пионер-10», которая пролетела мимо Юпитера в декабре 1973 года. Качество этих снимков лучше того, что было доступно телескопам того времени.

В марте 1979 года Европу с пролётной траектории изучал «Вояджер-1» (максимальное сближение — 732 тыс. км), а в июле — «Вояджер-2» (190 тыс. км). Космические аппараты передали качественные снимки спутника и провели ряд измерений. Гипотеза о существовании на спутнике жидкого океана появились именно благодаря данным «Вояджеров».

С декабря 1995 по сентябрь 2003 года систему Юпитера изучал «Галилео». Из 35-ти витков аппарата вокруг Юпитера, 11 были посвящены изучению Европы (максимальное сближение — 201 км). «Галилео» обследовал спутник довольно детально, были получены новые доказательства в пользу существования океана. В 2003 году «Галилео» был намеренно уничтожен в атмосфере Юпитера, чтобы в будущем неуправляемый аппарат не упал на Европу и не занёс на спутник земные микроорганизмы.

В последние годы разработано несколько перспективных проектов изучения Европы с помощью космических аппаратов. Один из них — амбициозный проект Jupiter Icy Moons Orbiter, который первоначально планировался в рамках программы «Прометей» по разработке космического аппарата с ядерной энергоустановкой и ионным двигателем. Этот план был отменён в 2005 году из-за нехватки средств. В настоящее время в НАСА прорабатывается проект Europa Orbiter, предполагающий вывод на орбиту Европы космического аппарата с целью подробного изучения спутника. Запуск аппарата может быть произведён в ближайшие 7—10 лет, при этом возможно сотрудничество с ЕКА, которое также разрабатывает проекты по изучению Европы.

7 января 2008 года директор Института космических исследований Л. М. Зелёный заявил, что европейские и российские учёные планируют направить к Юпитеру и Европе экспедицию из нескольких космических аппаратов. Проект предполагает выведение на орбиты Юпитера и Европы двух космических аппаратов, но российские учёные предлагают включить в программу третий, спускаемый аппарат, который совершит посадку на поверхности Европы. Спускаемый аппарат планируется посадить в одном из разломов в многокилометровом слое льда на поверхности планеты. После посадки, аппарат расплавит полуметровый слой льда и начнёт поиск простейших форм жизни. Проект получил название «Лаплас», и будет включён в программу Европейского космического агентства на период с 2020 по 2025 год. В нём приглашены участвовать российские учёные из Института космических исследований, НПО Лавочкина и других российских организаций космической тематики.

Дальнейшие исследования

Для того чтобы доказать либо опровергнуть гипотезу наличия живых организмов здесь, необходимо провести более детальные наблюдения. Это одна из приоритетных задач астрономов.

Но для осуществления задуманного, ученым необходимо продумать варианты борьбы с десятикилометровой ледяной корой.

В 2020 году планируется запуск космического корабля от НАСА, который должен посетить Каллисто, Ганимед и Европу. Аппарат достигнет цели в 2030 году. Прибор поможет в исследовании органических молекул, толщин ледяного панциря.

Вероятность колонизации пока исключается из-за сильнейшего радиационного потока.