16.1.3. Ганимед
Ганимед – не только самый большой спутник в семье Юпитера и во всей Солнечной системе, но он по своим размерам (и не только) спорит с некоторыми планетами.
Ганимед – один из галилеевых спутников Юпитера и седьмой по расстоянию от планеты. Его диаметр равен 5268 километрам, что на 2% больше, чем у Титана (спутник Сатурна) и на 8% больше, чем у Меркурия. При этом масса Ганимеда составляет всего 45% массы Меркурия, но среди спутников планет она рекордная. Нашу Луну Ганимед превышает по массе в 2,02 раза.
На рис. 16.14 показаны сравнительные размеры Марса, Ганимеда, Меркурия и Луны.
[more]
Рис. 16.14. Размеры Марса, Ганимеда, Меркурия и Луны,
http://s5.pikabu.ru/post_img/2014/02/27/0/1393445571_122622259.jpg
Совершая облет орбиты примерно за семь наших дней, Ганимед участвует в орбитальном резонансе 1:2:4 с двумя другими спутниками Юпитера – Европой и Ио.
Считается, что Ганимед состоит из примерно равного количества силикатных пород и водяного льда. Его предполагаемое внутреннее строение представлено на рис. 16.15.
Рис. 16.15. Внутреннее строение Ганимеда,
http://www.epochtimes.ru/eet-content/uploads/2015/03/Skrin-sputnik-676x450.png
Предполагается, что Ганимед представляет собой полностью дифференцированное тело с жидким ядром, богатым железом. Внутренняя часть спутника состоит из нескольких слоев: расплавленного железного или состоящего из сульфида железа ядра, силикатной мантии и внешнего слоя льда толщиной 900‒950 километров. Считается, что наличие у Ганимеда собственного магнитного поля может быть объяснено именно существованием расплавленного богатого железом ядра.
Наиболее вероятным значением радиуса ядра считается 700‒900 км, толщины внешней ледяной мантии ‒ 800‒1000 км. Плотность ядра предположительно составляет 5,5—6 г/см3, а силикатной мантии ‒ 3,4‒3,6 г/см3. Температура в ядре Ганимеда предположительно составляет 1500‒1700 К, а давление ‒ до 10 ГПа. В его недрах на глубине около 200 км между слоями льда есть океан жидкой воды («соленый океан» на рисунке).
На поверхности Ганимеда наблюдаются два типа ландшафта (рис. 16.16).
Рис. 16.16. Геологическая карта Ганимеда. Кадры из анимации,
https://www.youtube.com/watch?v=xl4KIDPAFas
Примерно 40% поверхности занимают темные области, испещренные ударными кратерами. Их возраст оценивается в четыре миллиарда лет. Остальную площадь – около 60%, светлую – занимают более молодые регионы, покрытые бороздами и хребтами. Причины такой сложной геологии светлых областей понятны мало, тем более что корка всей поверхности, если это действительно так, представляет собой обычный водяной лед.
Светлые участки менее ровные и имеют большее количество льда по сравнению с темными. С помощью спектральных методов в коре установлено, кроме воды, наличие и других веществ: углекислого газа, диоксида серы, циана, серной кислоты, сульфата магния и различных органических соединений. Соли могли образоваться в нижележащем океане.
Поверхность Ганимеда асимметрична. Ведущее полушарие (повернутое в сторону движения спутника по орбите) светлее, чем ведомое. На Европе ситуация такая же. Количество углекислого газа на обоих полушариях одинаково, но его нет вблизи полюсов.
Средняя температура поверхности Ганимеда составляет 111 К. Атмосфера практически отсутствует (определяются следы кислорода).
Исследования магнитного поля Ганимеда подтверждают наличие под его поверхностью океана жидкой воды. Численное моделирование недр спутника показало, что этот океан, вероятно, многослойный: жидкие слои разделены слоями льда разных типов. Количество жидких прослоек, возможно, достигает 4; их соленость растет с глубиной.
Поскольку Ганимед имеет под корой жидкий водный океан, он может рассматриваться как одно их подходящих мест для поисков внеземной (биологической!) жизни, тем более что он обладает собственным магнитным полем. Такую возможность косвенно подтверждает обнаружение организмов на Земле в условиях, казалось бы, мало к ней пригодных: в термальных источниках, в глубоководных океанических впадинах, типа Марианской, при практически полном отсутствии кислорода и так далее.
Космический аппарат «Галилео» с 1995 по 2000 годы сделал шесть близких пролетов возле Ганимеда и обнаружил, что у него есть довольно мощное магнитное поле и даже своя магнитосфера, не зависящая от магнитного поля Юпитера. Магнитный момент Ганимеда составляет 1,3×1013 Т·м3, т.е. втрое больше, чем у Меркурия. Ось магнитного диполя наклонена на 176° по отношению к оси вращения Ганимеда, что означает ее направленность против магнитного момента Юпитера. Северный магнитный полюс Ганимеда находится ниже плоскости орбиты. Индукция дипольного магнитного поля, созданного постоянным магнитным моментом, на экваторе спутника равна 719 ± 2 нТл (для сравнения ‒ индукция магнитного поля Юпитера на расстоянии Ганимеда равна 120 нТл). Индукция собственного магнитного поля Ганимеда на его полюсах вдвое больше, чем на экваторе, и равна 1440 нТл.
Ганимед ‒ единственный спутник в Солнечной системе, у которого есть собственная магнитосфера. Она очень мала и погружена в магнитосферу Юпитера. Ее диаметр составляет примерно 2‒2,5 диаметра Ганимеда. На рис. 16.17 приведена картина его магнитосферы в двух вариантах: 1 – со стороны ведущего полушария (обращенного на нас) и 2 – в направлении по радиусу на Юпитер.
Рис. 16.17. Магнитосфера Ганимеда в магнитном поле Юпитера,
1 – http://aramiskim.ru/uploads/images/zvuki_kosmosa_magnitosfera_ganimeda.jpg ,
2 – http://fb.ru/article/219636/sputnik-ganimed-ganimed---sputnik-yupitera#image1039823
У магнитосферы Ганимеда имеется область замкнутых силовых линий, расположенная ниже 30° широты, где заряженные частицы (в основном – ионы кислорода) оказываются в ловушке, создавая своего рода радиационный пояс.
В шапках полярных областей на широтах выше 30° силовые линии магнитного поля не замкнуты и соединяют Ганимед с ионосферой Юпитера. В этих областях были обнаружены электроны и ионы, обладающие высокой энергией, которые и могут вызывать полярные сияния, наблюдаемые вокруг полюсов Ганимеда. Кроме того, тяжелые ионы непрерывно осаждаются на полярной поверхности спутника, распыляя и затемняя лед.
Плазма вращается совместно с Юпитером и сталкивается с магнитосферой Ганимеда, как и солнечный ветер с земной магнитосферой.
В дополнение к магнитному моменту у Ганимеда есть индуцированное дипольное магнитное поле. Его вызывают изменения магнитного поля Юпитера вблизи спутника. Индуцированный дипольный момент направлен к Юпитеру или от него. Индуцированное магнитное поле Ганимеда на порядок слабее собственного.
Считается, что поскольку Ганимед обладает металлическим ядром, его постоянное магнитное поле вызвано магнитогидродинамическим эффектом, возникающим как результат конвективного движения разных веществ в ядре.
Несмотря на наличие железного ядра, магнитосфера Ганимеда остается загадкой, особенно с учетом того, что у других подобных тел ее нет. Кроме того, такое маленькое ядро (если оно вообще есть!) должно было давным-давно остыть, а конвективные процессы в нем прекратиться. Существует несколько научных гипотез. Но все они не отвечают на главный вопрос: почему вообще у этого единственного спутника есть собственное магнитное поле.
Благодаря магнитному полю на Ганимеде, как и на Земле, возникают полярные сияния. Они окружают спутник подобно двум поясам. При приближении и удалении от Юпитера интенсивность внешнего магнитного поля планеты-гиганта возрастает и уменьшается, а пояса полярного сияния на Ганимеде то приближаются к полюсам, то удаляются от них. Картина таких сияний демонстрируется на рис. 16.18.
Рис. 16.18. Полярные сияния на Ганимеде,
http://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/15-033i1.jpg
Наблюдая за динамикой полярных сияний, удалось получить новые сведения о подповерхностном океане на Ганимеде.
Предполагается, что если в недрах спутника присутствует значительное количество соленой воды, то внешнее магнитное поле Юпитера индуцирует в ней вторичное магнитное поле. Между ними возникает, условно говоря, «магнитное трение», в результате которого внешнее поле ослабевает, и отклонение положения полярных сияний, возникающее при приближении к Юпитеру, уменьшается.
Научный мир, просуммировав полученные сведения по Ганимеду, пришел к выводу, что во внутреннем океане Ганимеда, как и Европы, вполне возможна органическая жизнь, что пока, естественно, находится на уровне предположений.
(0)
