Ио, наверное, самый известный из всех спутников Юпитера. Он является самым близким спутником к поверхности планеты. Отличие Ио от остальных спутников – бурная вулканическая активность на поверхности спутника. рекордсмен по вулканической активности в Солнечной системе, одновременно на его поверхности может извергаться более десятка вулканов. За время наблюдения космическими аппаратами, многие вулканы прекращают свою вулканическую активность, а другие наоборот, начинают интенсивно извергаться.
История открытия спутника Ио.
Спутник Ио был открыт в далеком 1610 году очень известным ученым-астрономом Галилео Галилеем. Интересно то, что Галилей открыл этот спутник с помощью сконструированного им самим телескопом, который мог наблюдать за такими небольшими и далекими космическими телами.
Симон Мариус так же претендовал на факт открытия спутника именно им, во время наблюдений за спутниками Юпитера за год до его официального открытия в 1909 году, но Симон не успел вовремя опубликовать данные о своем открытии.
Название для этого спутника “Ио” предложил никто иной как Симон Мариус, но это название долгое время не использовалось. Галилей назвал четыре открытые им спутника Юпитера порядковыми номерами и Ио получил свой заслуженный первый номер. Но это было не совсем удобно и в последствии первый спутник Сатурна начали называть Ио.
Благодаря своей большой вулканической активностью поверхность Ио постоянно меняется. Рельефы спутника с каждым годом сильно изменяются. Такой вулканической активностью Ио обязан планете Юпитер. Сила тяжести у этого гиганта просто невероятная и планета заставляет магму внутри спутника постоянно двигаться и извергаться на поверхность Ио. Из-за огромной силой тяжести Юпитера вулканы Ио выбрасывают магму на расстояние до 300 км. от поверхности со скоростью 1 км./сек.
Ио не похож на другие спутники газовых гигантов, в которых в основном содержится лед и аммиак. Ио больше похож на планеты земной группы , содержащие минералы и горные породы на поверхности. У Ио имеется ядро из жидкого железа, которое создает спутнику свое магнитное поле. Радиус спутника не превышает 1000 километров. На поверхности спутника, помимо извергающихся вулканов, также есть неактивные горные образования, длинные реки из расплавленной магмы и озера жидкой серы.
Планета Юпитер имеет достаточно большое количество спутников – их у нее 67, самые крупные из которых – это Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. Помимо этого у юпитера имеются, так называемые кольца, которыми планета окружена по направлению, перпендикулярно экватору, на расстоянии 55 тыс. км от атмосферы. Диаметр колец 250 тыс. км.
Если о существовании колец у Сатурна было известно еще с 1655 годов, то у Юпитера кольца были открыты в марте 1979 года во время изучения планеты космическим аппаратом "Вояджером-1" и затем "Вояджером-2". Обнаружены они были на снимках, полученных с этих аппаратов. Кольца Юпитера тонкие и находятся на расстоянии 55 000 км от верхних облаков над поверхностью планеты. Состоят кольца в основном изо льда и небольших каменистых объектов. Кольца Юпитера практически невидно из-за крайне незначительного отражения солнечного света. Система колец состоит из 3 компонентов: первое яркое и круглое кольцо, затем утончение у краев - это второй компонент и третий компонент - широкое гало, которое окружает над и под плоскостью двух других колец.
У Юпитера, больше чем у другой планеты в Солнечной Системе было открыто 67 спутников, некоторые остаются под вопросом или считаются потерянными, как S/2000 J 11 обнаруженный в 2011 году, но потерянный из виду. наиболее крупные спутники открыл еще в 1610 году Галилео Галилей, это Ио, Ганимед, Европа и Каллисто. Вот их некоторые характеристики:
Крупные спутники Юпитера
Спутник Ио (радиус 1815 км.) характеризуется самым близким расположением к Юпитеру, так как находится на расстоянии в 422 тыс. км. Период его обращения 42,5 часа – по продолжительности это меньше лунного месяца. Спутник Ио имеет необыкновенный по красоте гористый пейзаж, где бушуют вулканы, извергая потоки раскаленной лавы. Одно из таких извержений зафиксировал аппарат "Галилео", изучавший спутник.
Ганимед является самым крупным спутником среди всех планет в Солнечной системе - 2631 км в радиусе. Его диаметр разве, что меньше диаметра спутника Титана у Сатурна и Тритона у Нептуна. Поверхность Ганимеда покрыта льдом толщиной свыше 100 километров. Ученые предполагают наличие воды с грязью под толстым слоем ледяного покрытия.
Европа является самым молодым спутником Юпитера – всего 100 млн. лет, а ее радиус 1569 км. Внешне на снимках, полученных с межпланетного аппарата "Галилео" спутник выглядит, как бильярдный шар, он покрыт толстым слоем льда, а разломы, трещины похожие на айсберги дают возможность ученым предполагать, что подо льдом существует таинственный подводный океан.
И, наконец, Каллисто, который находится на самом дальнем расстоянии от Юпитера - 1,88 млн. км. и имеет радиус в 2,4 тыс.км. Это старейшина Солнечной системы, ведь его многочисленные кратеры, а также неизменяемый ландшафт поверхности за последние миллиард лет, говорят о том, что это самый древний объект во всей Солнечной Системе.
Строение и поверхность
Что касается строения и поверхности спутников, то на сегодняшний день известно следующее:
- Спутник Ио, а вернее его поверхность исполосована протяженными потоками вулканических выбросов, а также она достаточно сильно нагревается во время вулканических извержений.
- Европу покрывает слой льда, который в некоторых местах имеет серьезные сколы, в которых можно наблюдать отдельные глыбы льда. Данный факт говорит о том, что подо льдом имеется жидкий океан с относительно более высокой температурой.
- Спутник Ганимед очень похож на Луну, и на его поверхности можно наблюдать сетку пересекающихся линий неправильной формы. На его поверхности множество кратеров, окруженных гладкими участками рельефа.
- Каллисто, как и спутник Европа, покрывает слой льда, а также множество кратеров, и кольцеобразных аномалий.
Интересные факты и изучение спутников планеты
- Спутник Ганимед отличается значительным диаметром, который превышает диаметр Меркурия.
- Учеными был подтвержден факт о том, что под поверхностью Европы находится глобальный океан, а относительно другого спутника - Ио известно, что на его поверхности действуют самые мощные вулканы, а их лава представляет собой базальтовую сернистую массу.
- Каллисто считается самым кратерированным телом, однако, так как его поверхность достаточно старая, порядка 4 млрд. лет, его активность, с геологической точки зрения крайне низкая.
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
Сейчас на карте Ио отмечены два десятка действующих вулканов. Исследователи считают, что изучая их, они лучше поймут, что происходило миллионы лет назад на поверхности Земли во времена её формирования.
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.
