Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли - Элизабет Таскер

Излучаемая Юпитером энергия — это отраженный солнечный свет и тепло, выделяющееся в процессе медленного сжатия газового гиганта. Этой энергии определенно недостаточно для поддержания бурной активности на Ио. В действительности генератором энергии для спутника является приливный разогрев. Подобно планете с короткой орбитой, подвергающейся деформации в результате взаимодействия со звездой, обращаясь вокруг Юпитера, спутник сдавливается под действием гравитационного поля планеты. Учитывая, что орбита Ио имеет слегка эллиптическую форму, при приближении и удалении от Юпитера высота выступов на поверхности спутника увеличивается и уменьшается. В ходе этого непрерывного процесса деформации поверхность Ио поднимается более чем на 100 м, что соответствует высоте лондонского Биг-Бена. Это сжимание-разжимание и нагревает спутник. Если бы Ио был единственным спутником, его орбита в конечном итоге приняла бы круглую форму, что привело бы к потере источника тепла. Но этого не происходит благодаря массивным соседям Ио.

В 1610 г. итальянский астроном Галилео Галилей сконструировал телескоп, с помощью которого ему удалось увидеть Юпитер. Благодаря 20-кратному увеличению — крошечному по современным меркам — Галилей смог разглядеть четыре самых больших спутника газового гиганта. Они получили название галилеевых спутников. Сам Галилей присвоил им порядковые номера, что хоть и было вполне научно, но все-таки навевало скуку. Одновременно с Галилеем те же самые спутники открыл немецкий астроном Симон Марий. Он назвал их в честь возлюбленных Зевса, бога из греческой мифологии, которому в римском пантеоне соответствовал Юпитер. В 1614 г. Марий опубликовал результаты своих изысканий, дав четырем спутникам имена Ио, Европа, Ганимед и Каллисто.

Если начинать с самого близкого к Юпитеру спутника, то мы получаем следующую последовательность периодов обращения: Ио — 1,8 суток, Европа — 3,6 суток (в 2 раза больше, чем у Ио), Ганимед — 7,2 суток (в 4 раза больше, чем у Ио), Каллисто — 16,7 суток (то есть достаточно много по сравнению с остальными).

Каллисто — единственный из четырех спутников, орбитальный период которого не кратен орбитальному периоду Ио. Остальные три спутника находятся в орбитальном резонансе 1:2:4. В главе 5 мы уже упоминали, что выйти из орбитального резонанса не так-то просто. Поэтому все три спутника исключительно устойчивы к любым взаимодействиям, которые бы могли повлиять на их эллиптические орбиты. Благодаря этому они непрерывно подвергаются приливному разогреву в результате деформаций, вызванных притяжением Юпитера.

Из-за большой величины приливного разогрева вода в жидкой форме на Ио существовать не может. Однако Европа и Ганимед не подвергаются столь суровым деформациям. Эти спутники находятся на большем расстоянии от Юпитера. Поэтому на них возникает прямо противоположная проблема с водой: на их поверхности слишком холодно, ее покрывает толстый слой твердого льда. С другой стороны, согласно имеющимся данным, эта пара лун не промерзает до ядра.

В отличие от поверхности далекого спутника Юпитера Каллисто, изуродованной кратерами как ни один другой объект в Солнечной системе, поверхность Европы — одна из самых гладких. Очевидно, что за время своего существования оба эти спутника должны были подвергаться бомбардировке метеоритами (в данном случае — врезающимися в них кометами). Из этого следует, что поверхность Европы намного моложе поверхности Каллисто. Скромное число кратеров на Европе указывает на возраст около 65 млн лет, что соответствует всего лишь 2% фактического возраста спутника. Какая-то неведомая сила выровняла поверхность Европы, превратив ее в каток невероятного размера. Судя по имеющимся изображениям поверхности Европы, на ней есть области, которые, судя по всему, находятся в процессе расширения. При этом на фотографиях нет никаких признаков областей, которые бы сжимались. Вряд ли спутник просто раздувается в размерах, как огромный воздушный шар. Придется поискать другое объяснение превращений, претерпеваемых этим покрытым льдом небесным телом.

Как это ни странно, на Земле мы можем наблюдать похожий процесс обновления и расширения. Поверхность нашей планеты периодически расширяется в результате раздвигания океанического дна, в ходе которого с выходом магмы на поверхность океанических хребтов формируется новая кора. При этом общая площадь Земли остается неизменной, так как соответствующее количество материала поверхностной тектонической плиты пододвигается под другую плиту. Из этого сравнения следует, что Европа, возможно, — первый мир, помимо Земли и, предположительно, Меркурия[41], демонстрирующий признаки тектонической активности. Плиты на Европе состоят не из силикатов, а из ледовых щитов. Когда ледяные плиты раздвигаются, поверхность спутника увеличивается за счет появления новой области. Подвижность плит на Земле показывает, что нижние слои мантии на нашей планете отличаются большей пластичностью и поэтому перемещаются. По аналогии с этим сдвиги на поверхности Европы свидетельствуют о том, что спутник, включая его ядро, не может состоять из одного лишь льда. Под замороженной поверхностью Европы таится глубокий океан жидкой воды.

Другим доказательством наличия на Европе скрытого океана являются данные, полученные космическим аппаратом NASA с говорящим названием «Галилео», который находился на орбите вокруг Юпитера с 1995 по 2003 г. В январе 2000 г., пролетая мимо Европы, он зафиксировал колебания магнитного поля.

У Европы нет своего собственного магнитного поля, а вот Юпитер обладает самым мощным полем в Солнечной системе. Его источником служит адски высокое давление во внешней части ядра планеты, благодаря которому его поле в 10 раз сильнее магнитного щита Земли. Испытывая колоссальное давление атмосферы, водород переходит в металлическую фазу и ведет себя точно так же, как расплавленное железное ядро Земли. При перетекании этого необычного металла образуется ток, который создает магнитное поле. Радиус внутренней части магнитного поля Юпитера в 10 раз превышает радиус этой огромной планеты, простираясь до области между Европой и Ганимедом. Из-за влияния солнечного ветра внешняя часть поля имеет каплевидную форму. Она более чем в 100 раз больше радиуса газового гиганта. Как и в случае с Землей и пульсарами, ось магнитного поля Юпитера не совсем точно совпадает с осью вращения, вследствие чего сила его воздействия на спутники изменяется в зависимости от положения планеты.

Следует отметить, что процесс, обратный формированию магнитного поля движущимися заряженными частицами, также возможен: изменения в магнитном поле заставляют заряженные части перемещаться, создавая электрический ток. Индуцированный таким образом ток затем порождает свое собственное магнитное поле. Этот эффект — электромагнитная индукция — был открыт в 1831 г. британским ученым Майклом Фарадеем. Электромагнитная индукция возникает только в том случае, если заряженные частицы могут двигаться. То есть заряды должны находиться в среде, способной проводить электрический ток. Примером вещества, отлично проводящего ток, является металл, но и соленая вода также обладает этим свойством.