Изменение времени между затмениями спутника юпитера ио. Спутник Ио — самый активный и самый загадочный объект Солнечной системы

Части материала о спутниках, их было всего три - Луна у Земли и два спутника Марса. Сегодня мы говорим о спутниках всего одной планеты, но количество спутников у планеты просто невероятное.

Юпитер занимает особое место в Солнечной системе, ведь он практически в два с половиной раза больше, чем все планеты вместе взятые. Юпитер настолько массивен, что их общий с Солнцем центр масс лежит над поверхностью Солнца.

Общий центр масс Юпитера с Солнцем указан точкой

У Юпитера очень мощное радиационное излучение, в Солнечной системе уровень выше только у Солнца. В сравнении с другими планетами вокруг него вращается огромное количество спутников.

Благодаря наземным наблюдениям системы Юпитера к концу 70-х годов было известно тринадцать спутников. В 1979 году, совершая пролёт мимо Юпитера, космический аппарат «Вояджер-1» обнаружил ещё три спутника. В дальнейшем с помощью наземных телескопов нового поколения был открыт ещё 51 спутник Юпитера.

Подавляющее большинство спутников имеют диаметр в 2–4 километра. Учёные предполагают, что спутников у Юпитера не меньше ста, но, как уже сказано, на сегодняшний день зарегистрировано 67, а хорошо изучено 63.

Спутники Юпитера разделяют на три группы: галилеевы, внутренние и внешние. Начнём с галилеевых.

Галилеевы спутники

Четыре самых крупных спутника - Ио, Европа, Ганимед и Каллисто открыл Галилео Галилей в 1610 году, и поэтому сейчас они носят название «галилеевых». Эти спутники образовались из газа и пыли, которые окружали Юпитер после его формирования.

Галилеевы спутники Юпитера. Слева направо, в порядке удаления от Юпитера: Ио, Европа, Ганимед, Каллисто

Сравнение размеров. В верхнем ряду, слева направо, в порядке удаления от Юпитера: Ио, Европа, Ганимед, Каллисто. Внизу Земля и Луна

Ио

Ио - пятый по счёту спутник Юпитера, является самым вулканическим активным телом в Солнечной системе. Его возраст составляет четыре с половиной миллиарда лет; примерно такого же возраста Юпитер. Спутник всегда повёрнут к своей планете одной стороной. Расстояние от поверхности Юпитера до Ио составляет 350 тысяч километров. Его диаметр равен 3642 километрам - чуть больше чем у Луны (3474 километра). Он является четвёртым по величине спутником в Солнечной системе.

Вулканическая активность на спутниках - крайне редкое явление в Солнечной системе и Ио в нашей системе несомненный фаворит по данному показателю. Он входит в число четырёх известных в настоящее время космических тел Солнечной системы, на которых идут процессы вулканической активности. Помимо него: Земля, Тритон (спутник Нептуна) и Энцелад (спутник Сатурна). Также в вулканизме «подозревается» Венера (область Бета), однако активных вулканов на ней пока замечено не было.

Извержения на Ио гигантские, их хорошо заметно из космоса. Вулканы извергают серу на высоту в триста километров. На поверхности спутника отчётливо видно множество лавовых потоков и свыше ста кальдер, но отсутствуют ударные кратеры; вся поверхность покрыта серой в различных красочных формах. Атмосфера спутника Ио содержит в основном диоксид серы, это связанно с высокой вулканической активностью.

Анимация извержения в патерах Тваштара, составленная из пяти снимков, сделанных космическим аппаратом «Новые горизонты» в 2007 году

Из-за близости к Юпитеру на спутник действуют огромные гравитационные силы планеты, что вызывает приливные силы, создающие огромное трение внутри спутника, поэтому происходит разогрев, как недр Ио, так и его поверхности. Гравитационные силы планеты постоянно вытягивают и деформируют спутник. Некоторые части спутника нагреты до трёхсот градусов Цельсия; также на Ио обнаружено двенадцать вулканов, извергающих магму на высоту до трёхсот километров.

Извержение вулкана Пеле на Ио, снятое космическим аппаратом «Вояджер-2»

Кроме Юпитера на Ио действуют силы притяжения других спутников - Ганимеда и Европы. Основное влияние оказывает спутник Европа, обеспечивая его дополнительный разогрев. В отличие от земных вулканов, имеющих долгое время «сна» и относительно короткий период извержений, вулканы раскалённого спутника всегда активны. Постоянно вытекающая расплавленная магма образует реки и озёра. Самое крупное расплавленное озеро имеет в диаметре двадцать километров и в нём есть остров застывшей серы.

Движение Ио сквозь магнитосферу Юпитера вырабатывает мощное электричество, вызывающее сильнейшие грозы в верхней части атмосферы Юпитера. Но не только Юпитеру плохо от их взаимодействия - его мощные магнитные пояса каждую секунду забирают от Ио 1000 килограммов веществ. Это дополнительно усиливает магнитосферу Юпитера, фактически увеличивая её размеры в два раза.

Европа

Европа шестой по удалённости от Юпитера спутник. Его поверхность покрыта слоем льда, учёные полагают, что под ним существует жидкий океан. Европа возрастом около четырёх с половиной миллиарда лет - примерно того же возраста, что и Юпитер.

Поскольку поверхность спутника молодая (примерно сто миллионов лет), на ней почти нет метеоритных кратеров, которые в большом количестве возникали 4,5 млрд лет назад. Учёными было найдено всего пять кратеров на поверхности Европы, их диаметр составляет 10–30 километров.

Орбитальное расстояние Европы от Юпитера равно 670 900 километрам. Спутник повёрнут к планете всё время одной стороной, диаметр его равен 3100 километрам, следовательно, Европа меньше Луны, но больше, чем Плутон. Температура поверхности Европы на экваторе никогда не поднимается выше минус 160 градусов Цельсия, а на полюсах выше минус 220 градусов Цельсия.

Две модели структуры Европы

Учёные предполагают, что глубоко под поверхностью спутника существует океан, и что в этом океане могут быть обнаружены формы жизни. Они могут существовать благодаря термальным источникам рядом с подземными вулканами, так же, как и на Земле. Количество воды на Европе больше в два раза, чем на нашей планете.

Колебания формы Европы, связанные с приливами, заставляющие её, то вытягиваться, то вновь скругляться

Поверхность спутника покрыта трещинами. Многие считают, что это вызвано приливными силами на берегу океана под поверхностью. Вполне возможно, что вода подо льдом поднимается выше, чем обычно, когда спутник подходит близко к Юпитеру. И если это так, то постоянные подъёмы и опускания уровня воды вызвали множество трещин, наблюдаемых на поверхности. Многие учёные считают, что океан под поверхностью иногда прорывается, через трещины (как лава из вулкана), а затем замерзает. Айсберги, наблюдаемые на поверхности спутника Европы, могут быть доказательством этой теории.

Европа является одним из самых гладких тел в Солнечной системе - на ней нет возвышенностей более ста метров. Атмосфера на спутнике разрежённая, и состоит в основном из молекулярного кислорода. Вероятно, это стало результатом разложения льда на водород и кислород под действием солнечной радиации и другого жёсткого излучения. Молекулярный водород быстро улетучивается с поверхности спутника, поскольку он достаточно лёгкий, а сила тяготения Европы слабая.

Ганимед

Ганимед - самый крупный спутник в Солнечной системе. Его диаметр равен 5268 километрам - это больше на 2 %, чем у Титана (второго по величине спутника в Солнечной системе) и больше на 8 %, чем у Меркурия. Если бы он вращался по орбите вокруг Солнца, а не вокруг Юпитера, его бы классифицировали как планету. Расстояние от Ганимеда до поверхности Юпитера равно примерно 1070000 километров. Он является единственным спутником в Солнечной системе, обладающим собственной магнитосферой.

Поверхность Ганимеда разделяют на две группы. Первая - странные полосы льда, порождённые активными геологическими процессами три с половиной миллиарда лет назад, которая занимает 60 % поверхности. Вторая группа (оставшиеся 40 % поверхности, соответственно) - древняя мощная ледяная кора, покрытая многочисленными кратерами.

Возможное внутреннее строение Ганимеда

Тепло, которое идет от ядра и силикатной мантии, позволяет существовать подземному океану. Считается, что он расположен на глубине двухсот километров под поверхностью, в отличие от спутника Европа, который имеет большой океан ближе к поверхности.

Атмосфера спутника тонкая и состоит из кислорода, похожа на найденную у Европы. Кратеры на Ганимеде почти не возвышаются и очень плоские, по сравнению с кратерами на других спутниках. У них нет центральной впадины, характерной для кратеров на Луне. Это, вероятно, из-за медленного и постепенного движения мягкой ледяной поверхности.

Каллисто

Каллисто является третьим по величине спутником в Солнечной системе. Его диаметр равен 4820 км, что является около 99 % диаметра Меркурия, а масса - всего треть от массы этой планеты. Возраст Каллисто составляет около 4,5 миллиарда лет, примерно такого же возраста, как Ганимед, Европа, Ио и сам Юпитер. Спутник удалён от планеты на расстояние почти 1,9 миллионов километров (1 882 700 км). Из-за большого расстояния от планеты он находится вне жёсткого радиационного поля газового гиганта.

Каллисто

У Каллисто одна из самых древних поверхностей в Солнечной системе - её возраст равен примерно четырём миллиардам лет. Она вся покрыта кратерами, и каждый новый удар метеорита непременно попадал в уже образованный кратер. Древняя поверхность дошла до наших дней благодаря отсутствию бурной тектонической деятельности и разогрева поверхности спутника с момента его образования.

Многие учёные считают, что Каллисто покрыт огромным слоем льда, под которым расположен океан, а центр Каллисто содержит горные породы и железо. Атмосфера Каллисто разреженная и состоит из диоксида углерода.

Одно из самых примечательных мест на Каллисто - кратер Вальхалла. Кратер состоит из яркого центрального региона диаметром 360 км, вокруг него располагаются гребни в виде концентрических колец радиусом до 1900 километров: они расходятся от него словно кольца от брошенного в воду камня. В целом диаметр Вальхаллы составляет около 3800 километров. Это самая большая местность, образовавшейся вокруг ударного кратера во всей Солнечной системе. Сам кратер по своим размерам стоит только на тринадцатом месте в Солнечной системе. Такая структура возникла из-за столкновения спутника со сравнительно крупным астероидом размером 10–20 километров.

Вальхалла - ударный бассейн на спутнике Каллисто

Поскольку Каллисто находится вне жёсткого радиационного поля Юпитера, его рассматривают как приоритетный объект (после Луны и Марса) для строительства космической базы. Воду можно добывать изо льда спутника, а с его поверхности проводить исследование другого спутника Юпитера - Европы. Полёт на Каллисто может занять от двух до пяти лет. Предполагается, что первая пилотируемая миссия к этому спутнику отправится не раньше 2040 года, а возможно и ещё позже.

Модель внутреннего строения Каллисто. Показаны: ледяная кора, возможный водный океан и ядро из камней и льдов

Внутренние спутники Юпитера

Почему они внутренние? Дело в том, что орбиты этих спутников расположены очень близко к Юпитеру и все они внутри орбиты Ио - самого близкого к планете галилеева спутника. Их всего четыре: Метида, Амальтея, Адрастея и Фива.

Ведущая сторона Амальтеи (Юпитер справа, север сверху). Кратер Пан виден на правом верхнем краю, Гея (с яркими склонами) - на нижнем. Цветное фото «Вояджера-1» (1979)

Амальтея, 3D модель

Эти спутники, а также ряд пока ещё невидимых внутренних небольших лун, пополняют и поддерживают слабую систему колец Юпитера. Метида и Адрастея помогают поддерживать основное кольцо Юпитера, а Амальтея и Фива поддерживают свои собственные слабые внешние кольца.

Наибольший интерес из спутников внутренней группы вызывает Амальтея. Поверхность этого спутника имеет тёмно-красный цвет, у которого аналогов в Солнечной системе нет. Учёные предполагают, что она состоит в основном изо льда с включениями минералов и серосодержащих веществ, но эта гипотеза не объясняет цвет спутника. Скорее всего, Юпитер захватил спутник извне, как это делает регулярно с кометами.

Внешние спутники Юпитера

Внешняя группа состоит из маленьких спутников, диаметр которых от одного до ста семидесяти километров. Движутся они по вытянутым и сильно наклоненным к экватору Юпитера орбитам. В настоящее время насчитывается 59 спутников внешней группы. Спутники, которые расположены близко к планете, движутся по своим орбитам в сторону вращения Юпитера, а большинство удалённых спутников движутся в обратном направлении.

Орбиты спутников Юпитера

Некоторые малые спутники движутся почти по одинаковым орбитам, считается, что всё это остатки более крупных спутников, которые разрушила сила тяготения Юпитера. Все внешние спутники, которые наблюдались космическими аппаратами, пролетающими мимо, внешне напоминают бесформенные глыбы. Скорее всего, некоторые из них свободно летали в космосе, пока не были захвачены гравитационным полем Юпитера.

Кольца Юпитера

Кроме спутников у Юпитера есть система колец. Да, у Юпитера тоже есть кольца. Кроме того, они есть у всех четырёх газовых гигантов в нашей Солнечной системе. Но в отличие от Сатурна, который имеет блестящие ледяные кольца, кольца Юпитера имеют незначительную пыльную структуру. Именно поэтому кольца Сатурна были открыты ещё в 1610 году Галилеем, а слабые кольца Юпитера лишь в 1970 годах, когда космический корабль впервые посетил систему Юпитера.

Изображение Главного кольца, полученное Галилео при прямо-рассеянном свете

Кольцевая система Юпитера состоит из четырёх основных компонентов: «гало» - толстый тор из частиц, относительно яркое и очень тонкое «Главное кольцо», а также два широких и слабых внешних кольца, известных как «паутинные кольца».

«Главное кольцо» и гало состоят в основном из пыли с Метиды, Адрастеи и, возможно, ещё нескольких спутников. Гало имеет форму пончика, его ширина составляет около двадцати-сорока тысяч километров, хотя большинство его материала лежит в пределах нескольких сотен километров от плоскости кольца. Его форма, как полагают, связана с электромагнитными силами внутри магнитосферы Юпитера, действующими на частицы пыли кольца.

«Паутинные кольца» - кольца тонкие и прозрачные как паутина, называются по материалу спутников, которые их и формируют: Амальтеи и Фивы. Внешние края Главного кольца очерчивают спутники Адрастея и Метис.

Кольца Юпитера и внутренние спутники

Мы прощаемся с Юпитером и его спутниками и продолжаем наше путешествие дальше. В следующей статье будем разбирать спутники и кольца Сатурна.

С именем Галилео Галилея связаны наиболее важные астрономические открытия в истории изучения космоса. Именно благодаря этому талантливому и настойчивому итальянцу, мир в 1610 году впервые узнал о существовании четырех спутников Юпитера. Первоначально эти небесные объекты получили собирательное название — галилеевы спутники. Позже, каждому из них присвоили свое название: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. Каждый из четырех крупнейших спутников Юпитера по своему интересен, однако именно спутник Ио выделяется среди других галилеевых спутников. Это небесное тело является самым экзотическим и необычным среди других объектов Солнечной системы.

Что необычного в спутнике Ио?

Уже при одном наблюдении в телескоп спутник Ио своим внешним видом выделяется среди других спутников Солнечной системы. Вместо обычной серой и мутной поверхности небесное тело имеет диск ярко-желтого цвета. В течение 400 лет человек не мог найти причину такой необычной расцветки поверхности юпитерианского спутника. Только в конце XX века, благодаря полетам автоматических космических зондов к гиганту Юпитеру, удалось получить информацию о галилеевых спутниках. Как оказалось, Ио является едва ли не самым вулканически активным объектом Солнечной системы в плане геологии. Подтверждением тому стало огромное количество действующих вулканов, обнаруженных на спутнике Юпитера. На сегодняшний день их выявлено около 400 и это на площади, которая в 12 раз меньше площади нашей планеты.

Площадь поверхности спутника Ио составляет 41,9 кв. километров. Земля имеет площадь поверхности 510 млн. км, и на ее поверхности сегодня находится 522 действующих вулкана.

По своим размерам многие вулканы Ио превышают размеры земных вулканов. По интенсивности извержений, их продолжительности и мощности, вулканическая деятельность на спутнике Юпитера превосходит аналогичные земные показатели.

Некоторые вулканы этого спутника выбрасывают огромное количество ядовитых газов на высоту 300-500 км. При этом сама поверхность самого необычного спутника Солнечной системы Ио представляет собой обширную равнину, в центре которой присутствует огромный горный массив, разделенный огромными лавовыми потоками. Средние высоты горных образований на Ио составляют 6-6,5 км, однако здесь так же встречаются горные пики, высотой более 10 км. К примеру, гора Южная Боосавла имеет высоту 17-18 км и является самой высоким пиком Солнечной системы.

Почти вся поверхность спутника – это результаты многовековых извержений. По данным инструментальных исследований, проводимых с борта космических зондов «Вояджер-1», «Вояджер-2» и других аппаратов, основной материал поверхности спутника Ио – замороженная сера, диоксид серы и вулканический пепел. Почему разноцветных участков на поверхности спутника так много. Это объясняется тем, что активный вулканизм постоянно формирует характерную контрастность расцветки поверхности спутника Ио. Объект может в течение короткого промежутка времени сменить свою ярко-желтую расцветку на белый или черный цвет. Продукты вулканических извержений формируют тонкую и неоднородную по составу атмосферу спутника.

Подобная вулканическая активность вызвана особенностями строения небесного тела, которое постоянно подвергается приливному действию гравитационного поля материнской планеты и воздействию со стороны других крупных спутников Юпитера, Европы и Ганимеда. В результате влияния космической гравитации в недрах спутника между корой и внутренними слоями возникает трение, порождающее естественный нагрев материи.

Для астрономов и геологов, занимающихся изучением строения объектов Солнечной системы, Ио представляет собой реальный и действующий полигон, где сегодня происходят процессы, характерные для раннего периода формирования нашей планеты. Ученые во многих областях науки сегодня тщательно изучают геологию этого небесного тела, делая уникальный спутник Юпитера Ио объектом пристального внимания.

Самое геологически активное небесное тело Солнечной системы имеет диаметр 3630 км. Размеры Ио не такие уж большие, в сравнении с другими спутниками Солнечной системы. По своим параметрам спутник занимает скромное четвертое место, пропуская вперед огромных Ганимеда, Титана и Каллисто. Диаметр Ио только на 166 км. превышает диаметр Луны — спутника Земли (3474 км).

Спутник ближе всех расположен к материнской планете. Расстояние от Ио до Юпитера составляет всего 420 тыс. км. Орбита имеет практически правильную форму, разница между перигелием и апогелием составляет всего 3400 км. Объект несется по круговой орбите вокруг Юпитера с огромной скоростью 17 км/с, совершая полный оборот вокруг него за 42 земных часа. Движение по орбите осуществляется синхронно с периодом вращения Юпитера, поэтому Ио всегда повернуто к нему одним и тем же полушарием.

Основные астрофизические параметры небесного тела следующие:

• масса Ио составляет 8,93х1022кг, что в 1,2 раза больше массы Луны;
• плотность спутника составляет 3,52 г/см3;
• величина ускорения свободного падения на поверхности Ио равна 1,79 м/с2.

Наблюдая за положением Ио в ночном небе, легко определить стремительность его движения. Небесное тело постоянно меняет свое положение относительно планетарного диска материнской планеты. Несмотря на довольно внушительное собственное гравитационное поле спутника, Ио не в состоянии содержать постоянно плотную и однородную атмосферу. Тонкая газовая оболочка вокруг луны Юпитера — практически космический вакуум, не препятствует выбросу продуктов извержения в космическое пространство. Этим и объясняется огромная высота столбов вулканических выбросов, происходящих на Ио. В отсутствие нормальной атмосферы на поверхности спутника преобладают низкие температуры, до -183° С. Однако такая температура не является однородной для всей поверхности спутника. На инфракрасных снимках, полученных с космического зонда «Галилео», была видна неоднородность температурного слоя поверхности Ио.

На основной площади небесного тела преобладают низкие температуры. На температурной карте такие области окрашены в синий цвет. Однако в ряде мест на поверхности спутника имеются ярко-оранжевые и красные пятна. Это районы наибольшей вулканической активности, где на обычных снимках извержения видны и хорошо просматриваемы. Вулкан Пеле и лавовый поток Локе — самый горячие области на поверхности спутника Ио. Температура в этих областях варьируется в пределах 100-130° ниже нуля по шкале Цельсия. Маленькие красные точки на температурной карте — кратеры действующих вулканов и места разломов в коре. Здесь температура достигает значений 1200-1300 градусов Цельсия.

Структура спутника

Не имея возможности высадиться на поверхность, ученые сегодня активно работают над моделированием структуры юпитерианской луны. Предположительно спутник состоит из силикатных пород, разбавленных железом, что свойственно строению планет земной группы. Это подтверждает и высокая плотность Ио, которая выше чем у ее соседей — Ганимеда, Каллисто и Европы.

Современная модель, составленная на основе данных, полученных космическими зондами, выглядит следующим образом:

• в центре спутника железное ядро (сульфид железа), составляющее 20% массы Ио;
• мантия, состоящая из минералов астероидной природы, находится в полужидком состоянии;
• жидкий подповерхностный слой магмы толщиной 50 км;
• литосфера у спутника состоит из соединений серы и базальта, достигая толщины 12-40 км.

Оценивая данные, полученные при моделировании, ученые пришли к выводу, что у спутника Ио ядро должно иметь полужидкое состояние. Если в нем присутствуют вместе с железом соединения серы, его диаметр может достигать 550-1000 км. Если же это полностью металлизированная субстанция, размеры ядра могут колебаться в пределах 350-600 км.

Ввиду того, что при исследованиях спутника не было обнаружено магнитного поля, процессы конвекции в ядре спутника отсутствуют. На этом фоне возникает естественный вопрос, каковы же истинные причины такой интенсивной вулканической деятельности, откуда вулканы Ио черпают свою энергию?

Незначительные размеры спутника не позволяют говорить о том, что разогрев недр небесного тела осуществляется за счет реакции радиоактивного распада. Основной источник энергии внутри спутника – приливное воздействие своих космических соседей. Под действием гравитации Юпитера и соседних спутников Ио совершает колебания, двигаясь по собственной орбите. Спутник словно раскачивается, испытывая во время движения сильную либрацию (равномерное покачивание). Эти процессы приводят к искривлению поверхности небесного тела, вызывая термодинамический нагрев литосферы. Это можно сравнить с изгибом металлической проволоки, которая в месте сгиба сильно нагревается. В случае с Ио все перечисленные процессы происходят в поверхностном слое мантии на границе с литосферой.

Спутник покрыт сверху отложениями — результатами вулканической деятельности. Их толщина варьируется в диапазоне 5-25 км в местах основной локализации. По своему цвету, это темные пятна, сильно контрастирующие с ярко-желтой поверхностью спутника, вызванные излияниями силикатной магмы. Несмотря на большое число действующих вулканов, общая площадь вулканических кальдер на Ио не превышает 2% от площади поверхности спутника. Глубина вулканических кратеров незначительна и не превышает 50-150 метров. Рельеф на большей части небесного тела равнинный. Только на некоторых участках присутствуют массивные горные цепи, например, комплекс вулкана Пеле. Помимо этого вулканического образования на Ио выявлены горный массив вулкана Патера Ра, горные цепи и массивы различной протяженностью. У большинства из них имеются названия, созвучные земным топонимам.

Вулканы спутника Ио и его атмосфера

Самыми любопытными объектами на спутнике Ио являются его вулканы. Размеры областей с повышенной вулканической активностью колеблются в диапазоне от 75 до 300 км. Еще первый «Вояджер» во время своего полета зафиксировал на Ио процесс извержения сразу восьми вулканов. Через несколько месяцев снимки, сделанные космическим кораблем «Вояджер» в 1979 году, подтвердили информацию, что извержения в указанных точках продолжаются. На том месте, где располагается самый крупный вулкан Пеле, была зафиксирована самая высокая температура на поверхности, +600 градусов по Кельвина.

Последующие изучения информации с космических зондов позволили ученым-астрофизикам и геологам разделить все вулканы Ио по следующим типам:

• самые многочисленные вулканы, которые имеют температуру 300-400 К. Скорость выброса газов составляет 500 м/с, а высота столба выбросов не превышает 100 км;
• ко второму типу относятся самые горячие и самые мощные вулканы. Здесь можно говорить о температурах в 1000К в самой кальдере вулкана. Для этого типа характерны высокая скорость выброса — 1,5 км/с, гигантская высота газового султана – 300-500 км.

Вулкан Пеле принадлежит как раз ко второму типу, имея кальдеру диаметром 1000 км. Отложения в результате извержений этого гиганта занимают огромную площадь — один млн. километров. Не менее интересным выглядит и другой вулканический объект – Патера Ра. С орбиты этот участок поверхности спутника напоминает морское головоногое животное. Змеевидные лавовые потоки, отходящие от места извержения, протянулись на 200-250 км. Тепловые радиометры космических аппаратов не позволяют точно определить природу этих потоков, как и в случае с геологическим объектом Локи. Диаметр его составляет 250 км и по всей вероятности это озеро, наполненное расплавленной серой.

Высокая интенсивность извержений и огромные масштабы катаклизмов не только постоянно меняют рельеф спутника и ландшафт на его поверхности, но и формируют газовую оболочку — подобие атмосферы.

Основной компонент атмосферы спутника Юпитера — диоксид серы. В природе это сернистый газ, не имеющий цвета, однако обладающий резким запахом. В качестве дополнения наряду с диоксидом серы в газовой прослойке Ио выявлены монооксид серы, хлорид натрия, атомы серы и кислорода.

Диоксид серы на Земле является распространенной пищевой добавкой, которая активно применяется в пищевой промышленности в качестве консерванта Е220.

Тонкая атмосфера спутника Ио неравномерна по своей плотности и толщине. Этим же непостоянством характеризуется и атмосферное давление спутника. Максимальное значение атмосферного давления Ио составляет 3 нбар и наблюдается в районе экватора на полушарии, обращенном к Юпитеру. Минимальные значения атмосферного давления выявлены на ночной стороне спутника.

Султаны раскаленных газов — не единственная визитная карточка спутника Юпитера. Даже при условии наличия сильно разряженной атмосферы, в экваториальной области над поверхностью небесного тела можно наблюдать сияния. Эти атмосферные явления связаны с воздействием космической радиации на заряженные частицы, поступающие в верхние слои атмосферы в процессе извержения вулканов Ио.

Исследования спутника Ио

Детальное исследование планет газовых гигантов и их систем началось в 1973-74 годах с миссий космических автоматических зондов «Пионер-10» и «Пионер-11». Эти экспедиции предоставили ученым первые снимки спутника Ио, на основании которых уже были сделаны более точные расчеты размеров небесного тела и его астрофизических параметров. Следом за «Пионерами» к Юпитеру отправились два американские космических зонда «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Второму аппарату удалось максимально приблизиться к Ио на расстояние 20 тыс. км и сделать более качественные снимки с близкого расстояния. Именно благодаря работе «Вояджеров» астрономы и астрофизики получили информацию о наличии на этом спутнике активной вулканической деятельности.

Миссию первых космических зондов, изучавших космическое пространство около Юпитера, продолжил аппарат НАСА «Галилео», запущенный в 1989 году. Спустя 6 лет корабль добрался до Юпитера, став его искусственным спутником. Параллельно с изучением планеты-гиганта автоматический зонд Галилео сумел передать на Землю данные о поверхности спутника Ио. Во время орбитальных полетов с борта космического зонда в земные лаборатории поступала ценная информация о строении спутника и данные о его внутренней структуре.

После непродолжительного перерыва в 2000 году эстафету в изучении самого уникального спутника Солнечной системы перехватил космический зонд НАСА и ЕКА «Кассини-Гюйгенс». Изучение и обследованием Ио аппарат занимался во время своего долгого путешествия к Титану — спутнику Сатурна. Самые последние данные о спутнике были получены с помощью современного космического зонда «Новые горизонты», пролетевшего вблизи Ио в феврале 2007 года по дороге к поясу Койпера. Новую порцию снимков представили ученым наземные обсерватории и космический телескоп «Хаббл».

В настоящее время на орбите Юпитера работает аппарат НАСА «Юнона». Помимо исследования Юпитера его инфракрасный спектрометр продолжает изучение вулканической деятельности спутника Ио. Данные, передаваемые на Землю, позволяют ученым осуществлять мониторинг действующих вулканов на поверхности этого интереснейшего небесного тела.

Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

С тех пор как Галилей открыл первые 4 спутника Юпитера, свита небесного Громовержца пополнилась еще 58 спутниками-лунами. Многие небольшие спутники были обнаружены на снимках, сделанных космическими аппаратами "Вояджер".

Как известно, большие планеты Солнечной системы, за исключением Земли, Урана и Плутона, названы именами древнеримских божеств, а их спутники (почти все) носят греческие имена. Так, галилеевы спутники Юпитера получили имена Ио, Европа, Ганимед и Каллисто , ибо в древней мифологии они были приближенными к трону верховного бога неба Юпитера.

• Ио - это имя одной из его многочисленных возлюбленных.
• - прекрасная финикиянка, похищенная Громовержцем.
• - пригожий юноша, которого древнегреческий верховный бог Зевс сделал своим виночерпием.
• - нимфа, которую жена Зевса Гера превратила в медведицу, после чего Зевс поместил ее на небе в виде созвездия Большой Медведицы...

Диаметр самого крупного - Ганимеда - равен 5268 км. В большие телескопы спутник виден очень маленьким диском, на котором ничего не удается рассмотреть. Совсем крохотным кажется в телескоп спутник Европа (диаметр 3130 км). Спутники Ио и Каллисто имеют промежуточные размеры. И все же, исследуя отражаемый этими спутниками солнечный свет, астрономы смогли получить о них ценную научную информацию.

В 1965 году московский астроном Василий Иванович Мороз, изучая спектры Европы и Ганимеда, пришел к выводу, что их поверхность покрыта льдом. Но какой это лед: водяной или состоящий из других замерзших веществ? На Каллисто, по-видимому, есть иней, но он должен быть чем-то загрязнен. А что касается спутника Ио, то данные спектрофотометрии о нем совершенно не укладывались в привычные земные рамки. Астрономические наблюдения и лабораторные опыты неизменно свидетельствовали, что на Ио находятся самые богатые в Солнечной системе месторождения серы! Однако последнее "слово" оставалось за космическими аппаратами.

С особым вниманием "Вояджер-1" "изучал" поверхность Ио. Наземные наблюдения спутника указывали на его желтую окраску, которая у полюсов приобретает красный оттенок. Но среди желтовато-красных пространств КА "заметил" еще белые и угольно-черные пятна. Что это за странные пятна? Так появилась новая загадка. В начале марта 1979 года "Вояджер-1" сделал сенсационный снимок: на Ио мощное извержение вулкана! Оно было как бы специально приурочено к прибытию с Земли космического посланца. Обработав новые снимки "Вояджера-2", ученые обнаружили на Ио восемь действующих вулканов! Насколько нам известно, никакое планетное тело (включая Землю) такой большой активностью не обладает. Скорость выброса вулканических частиц из жерл огнедышащих гор на Ио достигает 1 км/с. Но чтобы продукты извержения не упали обратно на спутник, а сами превратились бы в спутники Ио, они должны получить начальную скорость около 2,5 км/с. Не исключено, что на Ио случаются и более мощные извержения, приводящие к улетучиванию вещества спутника в окружающее его космическое пространство.

Спрашивается: откуда Ио может черпать столько тепла, чтобы ее недра постоянно пребывали в расплавленном состоянии? Объяснить это можно приливным трением. Дело в том, что спутник обращен к Юпитеру постоянно одной и той же стороной (подобное явление наблюдается у всех галилеевых спутников Юпитера). На полушарии, повернутом к планете, возник горб высотой около 5 км. Но на Ио воздействуют еще массивные спутники Европа и Ганимед. Своим притяжением они стараются "расшатать" орбиту Ио, то есть придать ей большую эллипсоидальность. Юпитер же, в зависимости от расстояния до Ио, то вытягивает этот горб, то немного отпускает. Размах колебаний достигает 100 м. Только в процессе одного такого колебания высвобождается в несколько раз больше энергии, чем выделяется ее в недрах Луны благодаря распаду радиоактивных элементов. Но если центральные области лунного шара находятся в полурасплавленном состоянии, то недра Ио тем более должны быть расплавлены.

Снимки, сделанные "Вояджером-2", показали, что на Ио, как в Дантовом аду, повсюду изобилие серы. Серные вулканы и гейзеры, серные реки и озера и даже небольшие серные моря. В этом мире ни шагу нельзя ступить без серы!

"Вояджер-2" подробно исследовал и другие галилеевы спутники Юпитера - Каллисто, Ганимед и Европу (в таком порядке КА совершил пролет).

Еще на снимках, присланных "Вояджером-1", Каллисто выглядит так, как будто она побывала под бомбежкой: по количеству ударных кратеров на единицу поверхности Каллисто, вероятно, чемпионка в Солнечной системе. На спутнике обнаружены большие кольцевые структуры; одна из них оказалась больше, чем Море Восточное на Луне. Последнее свидетельствует о том, что в Солнечной системе от Меркурия до Юпитера в метеоритной бомбардировке планет и их спутников участвовали достаточно крупные космические тела. Поскольку средняя плотность Каллисто составляет 1,86 г/см 3 , то она в значительной мере должна состоять из воды. Говоря другими словами, Каллисто представляет собой в основном ледяной шар диаметром 4806 км. Из всех галилеевых спутников этот - самый темный.

Совсем иную картину представляет собой Ганимед - крупнейший спутник Юпитера и самый массивный из всех спутников в Солнечной системе. Его темные области усеяны кратерами, и их даже больше, чем в лунных морях, но, в отличие от лунных, кратеры на Ганимеде очень мелкие и в центре их не горка, а углубление (точно такое же строение кратеров на Каллисто). Не говорит ли это о том, что поверхность Ганимеда, как и Каллисто, тоже покрыта слоем льда?

Но самые примечательные образования на Ганимеде - это классические разломы его коры, образующие пучки длинных параллельных борозд протяженностью до 1 тыс. км. Они покрывают значительную часть поверхности спутника и пока что представляют для исследователей необъяснимую геологическую загадку.

Европа по характеру рельефа оказалась менее разнообразной, чем Ганимед и Каллисто. Кратеров здесь немного, зато вызывает удивление лабиринт тонких линий и полос, похожих на знаменитые марсианские "каналы". На фоне светлой поверхности спутника (у Европы она самая светлая) эти темные линии и полосы, тянущиеся на сотни и тысячи километров, похожи на штрихи, нанесенные фломастером на поверхность отполированного шара.

Таким образом, Европа оказалась на редкость гладким космическим телом. Ее называют даже "бильярдным шаром", запущенным в космос. При инфракрасной съемке с Земли было установлено, что поверхность этого спутника Юпитера в основном должна быть водная. "Вояджер-2" сделал уточнение: ледяная. И слой поверхностного льда может достигать в толщину 100 км. Но почему лед растрескался? Приливные силы при движении Европы по орбите вблизи могучего Юпитера, да и притяжение влиятельных соседей - Ганимеда, Каллисто, Ио - должны приводить к выделению внутреннего тепла и растрескиванию льда.

Научный консультант НАСА Р. Хогленд высказал предположение, что на этом спутнике Юпитера может существовать жизнь. Ведь под толстым ледяным покровом не исключено наличие океана. На это указывают и снимки "Вояджера-2". А океан - непременное условие для возникновения жизни. Океан породил жизнь на Земле. Почему бы ему не стать колыбелью жизни, скажем, на Европе? Ведь водная оболочка у Европы, Ганимеда и Каллисто существует уже не менее 3 млрд лет, а этого времени вполне достаточно для зарождения и развития органической жизни.

Под ледяным панцирем температура растет, и на какой-то глубине могут сложиться вполне комфортные, по земным меркам, условия. Этот же ледяной щит способен предохранять живые клетки от губительного воздействия космической радиации. Так что все может статься...

Из негалилеевых спутников Юпитера "Вояджер-1" заснял крупным планом лишь одну Амальтею. Она похожа на астероид неправильной формы, размером 250х144х128 км, с сильно изрытой поверхностью и большими перепадами высот (около 20 км).

Когда "Вояджер-1" пролетал внутри орбиты Амальтеи, его камеры запечатлели загадочную светлую полосу, оказавшуюся... кольцом! Оно состоит из роя мелких частиц, опоясывающих Юпитер в плоскости его экватора.

С помощью 224-сантиметрового телескопа высокогорной обсерватории Мауна-Кеа на Гавайских островах эти кольца удалось сфотографировать в инфракрасном диапазоне спектра. При этом поток инфракрасного (теплового) излучения от колец Юпитера оказался примерно в 25 тыс. раз слабее, чем от колец Сатурна. Следовательно, вещество колец Юпитера находится в чрезвычайно разреженном состоянии.

Возможно, кому-то история открытия колец Юпитера могла показаться непредвиденной сенсацией. Но полной неожиданности здесь не было.

В 1960 году в журнале "Известия Академии наук Армянской ССР" была опубликована статья профессора С. К. Всехсвятского. В ней с полной определенностью говорилось, что "вокруг Юпитера также движутся кометно-метеорные массы в виде кольца, аналогичного кольцу Сатурна".

Исключительно важную роль в формировании кольца Юпитера ученый придавал мощной вулканической деятельности галилеевых спутников Юпитера. Именно разработка гипотезы о выбросах материи с поверхности планетных тел в результате мощных вулканических извержений привела его к мысли, что извергнутое вещество может образовывать еще не открытые кольца вокруг планет. Однако слишком смелые гипотезы профессора С. К. Всехсвятского у большинства астрономов не находили поддержки. Решению спорных вопросов помогла космонавтика: вокруг Юпитера было открыто предсказанное кольцо. На Ио действительно бушуют мощные вулканы! Но ученый в своих выводах шел дальше. Взрывным процессам в системе Юпитера он приписывал не только формирование кольца вокруг самой планеты, но и образование новых комет семейства Юпитера.

Действующий вулканизм на Ио стал ключом к пониманию многих загадочных явлений, наблюдаемых в системе Юпитера. Некоторое количество вещества, изверженного вулканами, вырывается из поля тяготения Ио и образует кольцо или попросту "баранку", опоясывающую Юпитер. Этот тор, расположенный вдоль орбиты Ио, состоит из ионизованной серы, двуокиси серы, натрия, водорода и некоторых других химических веществ.

"Вояджерами" были засняты гигантские дуги полярных сияний на Юпитере. Смотрятся они гораздо эффектнее земных полярных сияний. Оказалось, что "поджигателем" этих небесных фейерверков является тоже Ио: полярные сияния возникают там, где газовый тор проецируется на атмосферу Юпитера вдоль его магнитных линий.

Юпитер является в Солнечной системе знатной космической радиостанцией. Время от времени он "вещает" в декаметровом диапазоне мощностью 100 млн ватт. Когда перед Юпитером оказывается Ио, мощность "передатчика" заметно возрастает. Объяснить это явление не удавалось до тех пор, пока КА "Пионер- 10" не установил, что у Ио есть своя ионосфера. Когда Ио проходит через магнитное поле Юпитера, ионосфера спутника сортирует скопившиеся там заряды. В результате накапливается электрический потенциал, достигающий 400 киловольт. И стоит только Ио занять в небе Юпитера определенное положение, как возникает мощнейший разряд. Электрический ток в миллионы ампер устремляется по магнитным силовым линиям от спутника к планете. Ионосфера Юпитера отражает этот поток к Ио, а оттуда он мчится обратно к Юпитеру. Во время этой электромагнитной бури и возникают энергичные электроны, порождающие мощную вспышку в декаметровом диапазоне радиоволн. Ее и регистрируют радиоастрономы как мощнейшие радиовсплески Юпитера.

Ио — по имени возлюбленной Зевса — называется один из галилеевых спутников, самый близкий к планете-гиганту Юпитеру. Название спутнику было присвоено С. Мариусом в 1614 г. Это тело занимает среди остальных больших спутников третье место, превосходя по размеру Европу.

Диаметр Ио равняется 3630 км, т.е. составляет 1,04 лунного. Размеры юпитерианской луны сопоставимы с размерами земной. Однако масса превышает лунную в 1,21 раза, достигая 88 935 квадриллионов т. Блеск уступает блеску прочих галилеевых спутников, за исключением Ганимеда.

Ио всегда повернута одной стороной к планете, точно так же, как Луна к Земле. Это объясняется тем, что скорость оборота Ио вокруг оси равна скорости оборота вокруг Юпитера. Расстояние между планетой и спутником составляет 421,6 тыс. км, остальные галилеевы спутники расположены гораздо дальше от Юпитера.

У Ио есть и другой рекорд: поскольку она была открыта одной из первых и оказалась на тот момент ближайшей к планете, то получила порядковый номер I (Европа, Ганимед и Каллисто соответственно II, III, IV). Одновременно с тем действительно ближайшие спутники естественные Юпитера Метида и Адрастея носят номера XVI и XIV.

Рельеф этого спутника необычайно сложен в сравнении с поверхностью прочих: широкие долины с крутыми откосами и эскарпами (крутыми уступами), холмами и впадинами, многочисленные вулканические кальдеры, высокие — до 10 км — горы в северном полушарии.

Поверхность Ио сформировалась около 1 миллиона лет назад и является очень молодой в геологическом плане. Об этом свидетельствует полное отсутствие ударных кратеров с диаметром больше 2 км. Кроме того, это подтверждает высокая вулканическая активность недр спутника.

Ио является единственным в пределах Солнечной системы вулканически активным спутником. Фотосъемка «Вояджеров» обнаружила на поверхности объекта более ста кальдер (отверстий вулканических кратеров) диаметром от 200 км, т.е. на несколько порядков превосходящих земные. Космические аппараты зафиксировали работу семи вулканов, про которые с полной уверенностью можно сказать, что они действующие.

Первый из аппаратов, приблизившихся к Ио, наблюдал работу всех семи вулканов, к моменту подлета второго аппарата извержение одной из огненных гор завершилось. Пленка зафиксировала выбросы из жерл окраинного вулкана изверженного материала на высоту 200 км. Вулкан исторгал вещество, придавая ему скорость 1 км/с, чего не наблюдается на Земле. По химическому составу газы и частички вулканического выброса представлены в основном сероводородом и сернистым ангидридом. Это характерно и для земных извержений.

Скорее всего, на Ио сера служит главным элементом в химической эволюции планеты. Существует версия, что на Ио жидкая магма почти не прорывается на поверхность твердой силикатной коры спутника, поскольку вступает в реакцию с серными морями. Последние представляют собой подкорковые запасы жидкой серы. Именно она выбрасывается под давлением на поверхность спутника, прорывая его тонкую молодую кору. Эта сера скапливается на планете слоями толщиной от 3 - 5 в среднем до 30 км максимум. Облик планеты ярко раскрашен соединениями серы. Красные, пурпурные и желтые пятна образовались из сконденсированных паров чистой серы, черные — из насыщенного серой вулканического пепла, белые — из кристаллов сернистого ангидрида, называемых серным снегом.

На спутнике Юпитера Ио происходят настоящие извержения вулканов — это единственное небесное тело Солнечной системы, кроме Земли, где происходят подобные явления. В ходе последних исследований учёные выяснили, что извержения вулканов на Ио - не просто частое, а даже постоянное явление.

«Мы ожидаем мощного извержения раз в один-два года, и они, как правило, не такие яркие. А здесь у нас [в августе прошлого года - авт.] случилось три очень мощных извержения, которые позволяют предположить, что если мы будем наблюдать чаще, то увидим больше извержений на Ио», - говорит Имке где Патер, профессор Калифорнийского университета, автор одной из научных статей по извержению вулканов на Ио.

Три мощные извержения на Ио, которые произошли в течение двух недель. Фото: Katherine de Kleer/UC Berkeley/Gemini Observatory

Извержение на Ио. Фото: NSF/NASA/JPL-Caltech//UC Berkeley/Gemini Observatory/W. M. Keck Observatory

Интересным в этих явлениях является то, что в отличие от Земли, у спутника Юпитера Ио слабое гравитационное поле, поэтому раскалённая лава поднимается над поверхностью небесного тела на значительную высоту. Благодаря этому изверженное вещество за короткий период времени расплёскивается на сотни квадратных километров.

Извержения вулканов, снятые в инфракрасном спектре. Фото: NASA/JPL/IRTF

Так, одно из таких извержений произошло в прошлом году, когда образовался 10-метровый по высоте поток лавы, который накрыл 130 квадратных километров поверхности Ио. Другое извержение накрыло территорию невероятной величины - 310 квадратных километров.

О существовании на поверхности Ио действующих вулканов стало известно благодаря исследованиям НАСА в 1979 году. С тех пор до 2006 года наблюдалось 13 значительных извержений - отчасти потому, что количество астрономов, которые следили за поверхностью спутника, было маленьким, и многие важные явления попросту оставались без их внимания.

Извержения вулканов на Ио на фоне Юпитера. Фото: NASA/JPL/IRTF