И сразу же человечество стало намного богаче знанием: до той исторической ночи во всей Вселенной числился лишь один спутник — наша бледная Луна. А тут открылся новый мир со своим центром и своими ‘‘прислужниками". "Прислужник" по-латыни — "сателлит", именно так на западноевропейских языках сегодня звучит общее название тел, обращающихся вокруг любой планеты...
Галилей назвал открытые им объекты в честь своих покровителей —- владык Флоренции — Звездами Медичи. Но название "не пристало". Сегодня мы именуем их так (в порядке удаленности от планеты): По, Европа, Ганимед и Каллисто. Названия очень удачны: все эти мифологические персонажи принадлежали к кругу главы Олимпа — Юпитера, и там им, как говорится, и место... А в совокупности вся четверка для нас — галилеевы спутники, что должным образом закрепляет славу их первооткрывателя.
Горячий нрав и железное сердце
Ровно 20 лет назад одна из сотрудниц NASA Линда Морабито, обрабатывая снимки, полученные с "Вояджера-1", обратила внимание на странный "гриб", выступающий высоко над поверхностью Ио. Горой это быть не могло: 300-километровую вершину на относительно небольшом небесном теле ожидать приходится... Спешно собранный "консилиум" сделал вывод "перед нами столб дыма, газов и иных продуктов, выброшенных вулканическим извержением". Так было открыто, что действующие вулканы встречаются и в космосе.
Впрочем, в применении к Ио "встречаются" — это слабо сказано. Последовавшие наблюдения — уже с борта автоматической межпланетной станции "Галилео"— позволили установить, что на Ио "живут и работают" десятки огнедышащих гор, которых к концу 1998 года обнаружено уже более 30.
Вот лишь один пример. 4 апреля 1997 года, выполнив седьмой оборот вокруг Юпитера, "Галилео" прислал землянам фотоснимок патеры Пиллан — плоскодонного кратера неправильной формы, получившего такое имя в честь божества огня и грома у южноамериканских индейцев. Судя по изображению, в это время там все было спокойно. Но вот 5 месяцев спустя, во время десятого оборота, на фотографиях той же местности обнаружилось темное пятно диаметром более 350 км, до этого отсутствовавшее. Незамеченной ранее такая "родинка" быть не могла: ее площадь достигает чуть ли не 130 тыс. км2, а это почти в три раза больше территории Московской области.
По-видимому, за это время здесь произошло мощное извержение, и "выплюнутые" вулканом материалы покрыли собой всю окружающую местность. Подобные предположения подкреплены тем, что аппаратура Космического телескопа им. Хаббла в июне 1997 года зафиксировала над патерой Пиллан столб вещества, вздымавшийся на высоту 130 км, а наземные наблюдатели зарегистрировали там крупный объект с весьма высокими температурами.
Вообще, после того, как "Галилео" измерил температуру этого небесного тела, "диагноз" мог бы гласить: "лихорадка". Еще бы: в ночное время вдали от вулканов градусник показывал минус 230°С, а рядом с ними и днем и ночью — от плюс 150 до 350°С. Материал же, извергающийся из Пиллана, раскален иногда до 1400°С, что на сотни градусов выше, чем у земных вулканов.
Объем изливающейся лавы таков, что если бы извержение длилось целый год, то лава покрыла бы всю поверхность спутника слоем около полутора сантиметров. Вулканов здесь много, вот почему на Ио совсем не видно ударных кратеров, порождаемых при падении метеоритов: их следы очень скоро оказываются затопленными лавой.
Хотя Ио втрое меньше Земли, она выделяет в пространство вдвое больше тепловой энергии, чем наша родная планета Но откуда берется такая неумеренная "пылкость"? Причина этой "ярости", по-видимому, в том, что на Ио влияют гравитационные усилия ее "родственников" — Европы и Ганимеда, которые довольно сильно воздействуют на свою меньшую "сестру". К этому присоединяется еще и поле тяготения Юпитера, которое "раскачивает" тело Ио, то сжимая его, то растягивая. В итоге динамическая энергия, превращаясь в тепловую, нагревает недра спутника. Все это аналогично тому, как притяжение Солнца и Луны порождает приливы в морях и даже в твердом теле Земли, только много сильнее, так что из недр Ио на поверхность тут и там выделяются бурные всплески раскаленного вещества.
Кстати, интересная деталь. Большинство активных вулканов и расселин, бьющих фонтанами лавы, расположено на Ио в двух противоположных регионах. Первый находится ближе всего к Юпитеру (на стороне, все время повернутой к планете), а второй дальше всего от него (на противоположной стороне). Но ведь так и должно быть, если источником энергии служат могучие силы тяготения гигантской планеты, действующие "по прямой" и сквозь тело близкого спутника.
В самом конце 1995 года "Галилео", еще только собиравшийся выйти на околоюпитерианскую орбиту, пролетел всего в 900 км от Ио. Тогда ученые обратили внимание на то, что поступающий с борта аппарата радиосигнал изменяет частоту. Это говорило об искажении "законной" траектории земного посланца, происходящей под влиянием поля тяготения Ио.
Определяя степень этого "влияния", ученые могут судить о распределении масс внутри притягивающего объекта. В данном случае вычисления показали, что Ио — тело двухслойное: в самом его центре кроется плотное металлическое ядро. Предполагается, что оно "сделано" из чистого и сернистого железа. Радиус этого "сердца" составляет почти 900 км, а это — половина всей Ио (радиус 1821 км). Масса ядра — от 20 до 27% общей массы Ио. Ядро окружено частично расплавленной, а частично твердой каменистой породой, образующей сразу и мантию, и кору.
Подобное строение без последствий остаться не может, ведь металлический "сердечник" — это неотъемлемая деталь любой динамо-машины, будь то рукотворная, будь — естественная. И наша космическая героиня как раз и оказалась своего рода естественной электростанцией...
То что Юпитер, как и Земля, имеет магнитное поле, было известно и раньше. Поэтому участники соответствующего эксперимента, проводимого на "Галилео", знали: по мере приближения к планете бортовой магнитометр должен показывать неуклонный рост ее магнитного поля.
Но вот сюрприз: после длительного возрастания, стоило "Галилео" оказаться вблизи Ио, как интенсивность магнитного поля внезапно упала примерно на 30%. Обнаружилась некая "дыра", в центре которой сила магнитного поля сравнительно низкая. Судя по всему, причиной появления этой "дыры" может быть собственное магнитное поле спутника, создающее громадный "пузырь" внутри более мощного поля гигантской планеты.
Совсем недавно полученные с борта "Галилео" изображения Юпитера показывают, что иногда Ио светится на фоне темной ночной стороны планеты. Цветной портрет юпитерианской луны, находящейся в стадии затмения, впервые попал в распоряжение ученых. На нем хорошо видны светящиеся красным, зеленым и фиолетовым цветом газы, поступающие сюда в ходе извержения вулканов В этом, насыщенном серой, как и полагается "дантову" аду, освещенном к тому же разноцветными сполохами, не предусмотренными даже фантазией автора "Божественной комедии", право, не хватает лишь кающихся грешников!
Но вернемся к прозе научных фактов. Цветное свечение возникает здесь в результате бомбардировки газовых молекул космическими частицами, заряженными высокой энергией и захваченными перед этим магнитным полем Юпитера. Подобные соударения насыщают молекулы газа энергией, которая, рассеиваясь, вызывает "фейерверк", аналогичный земному полярному сиянию, знакомому любому жителю Крайнего Севера. То, что свечение разноцветно, может объясняться или различием газового состава крайне разреженной атмосферы Ио в разных ее частях, или же разностью механизмов возбуждения этих газов. Яркая зелень в центре диска и позади спутника указывает на большую концентрацию газа (вероятно — кислорода) в "хвостовой" части Ио, где магнитное поле Юпитера вытягивает и срывает оболочку атмосферы спутника. Огненно-красное свечение вдоль северного края Ио может также порождаться кислородом, но излучающим в другой части диапазона, а возможно, что водородом или натрием — решительно судить об этом мы пока не можем.
Важный наблюдательный факт состоит и в том, что по бокам юпитерианской луны видны яркие самостоятельные полярные сияния, окрашенные в синий цвет. Они происходят как раз в тех местах, где могучий "электрогенератор" Ио электрически "подключен" к Юпитеру. Из этих районов вдоль магнитных силовых линий идут сильные токи к северным и южным полярным областям планеты.
Внутри у нее — океан
Одно из важнейших мест в программе наблюдений "Галилео" занимает Европа — самая "мелкорослая" сестра в семье галилеевых спутников. Ее радиус — чуть более полутора тысяч километров, а небесный путь пролегает "за спиной" Ио — в 671 тыс. км от Юпитера.
Светлая окраска и высокая отражающая способность и раньше говорили, что здесь без ледяной "глазури", покрывающей всю поверхность спутника, дело не обходится.
Благодаря работе "Галилео", ученые все больше склоняются к тому, что на Европе существует океан возможно даже охватывающий все это небесное тело, — об этом написано уже немало. Океан этот — ледовитый, сплошь покрытый толстой ледяной оболочкой, но иногда в ней возникают трещины, вода в которых, замерзая, образует темные разводья. Естественно, на таком ледяном "лице" Европы никакие "оспины" от падения метеоритов надолго сохраняться не в силах.
До последнего времени считалось, что недра Европы четко дифференцированы; ее плотное металлическое ядро окружено силикатной мантией, а та, в свою очередь, — жидкой водяной и ледяной корой. Однако результаты недавних измерений гравитационного поля спутника, проведенные во время беспрецедентно близкого пролета "Галилео" вблизи Европы, заставили ученых несколько "обновить" подобный взгляд. Так, было установлено, что металлическое ядро Европы, по-видимому, очень велико: как и у Ио, его радиус может достигать половины радиуса спутника, а водно-ледяная оболочка в толщину имеет всего от 80 до 170 км (наиболее вероятная средняя толщина слоя — около 100 км).
Проходя рядом с Европой, "Галилео" с бесстрастностью ма шины доложил: "У этого объекта имеется заметное магнитное поле, северный магнитный полюс которого смотрит куда-то не туда". Дальнейшие наблюдения подтвердили, что спутник действительно "намагничен". Сила этого поля относительно невелика, а о причинах его странной ориентации пока можно только гадать.
В 1996 и 1997 годах шесть раз происходили так называемые "покрытия" Европой станции "Галилео". В такие моменты спутник Юпитера ненадолго оказывался между земным наблюдателем и космическим аппаратом, так что "Галилео", находившийся всего в сотнях километров от Европы, "прятался" в ее тень. Хотя и с помехами, радиосигнал аппарата на Землю все же пробивался, рассказывая исследователям о том, что он "ощущал" в пути. Обработав эти данные, ученые NASA пришли к выводу, что у Европы, как и у Ио, имеется своя ионосфера. Именно она и вносила свои "коррективы" в сигнал, посылаемый радиопередатчиком "Галилео", находившегося "в тени" Европы.
Как известно, скопление ионов и электронов, образующих ионосферу, возникает, когда молекулы газа в верхней атмосфере подвергаются ионизации. На Европе это может происходить или под влиянием ультрафиолетового излучения далекого Солнца, или, что более правдоподобно, благодаря воздействию энергичных частиц, попавших "в плен" к магнитному полю Юпитера. Заряженные частицы с огромной энергией ударяются о ледяную поверхность Европы и "выколачивают" из ее водяных молекул отдельные атомы, которые и собираются в ионосфере. Плотность этого заряженного слоя вокруг Европы невелика, много меньше средней плотности юпитерианской ионосферы. Но, несмотря на всю разреженность, и такая ионосфера достаточно, чтобы позволить ученым решительно утверждать: "Хоть мы ее и не видим, но очень разреженная атмосфера у этой луны все же есть!"
Спектральный анализ солнечного света, отражаемого поверхностью Европы, рассказал астрономам о том, что она держит в себе немалое количество органических веществ, а также застывшую двуокись углерода. Эти спектры также говорят о том, что на поверхности юпитерианской луны присутствуют кристаллы сернистого магния. На Земле эта соль содержится в осадочных породах, на бывшем дне пересохших водоемов и в других местах, где водная составляющая рассола испарилась.
На Европе наибольшая ее концентрация наблюдается среди земных линейно вытянутых структур, похожих на трещины или расселины, где на поверхность просачивался или извергался "европейский" рассол. Если океан в том мире соленый, то выступающая из него вода, мгновенно испарившись в космический вакуум, должна оставлять о себе память как раз в виде кристаллов сернистого магния.
Присланные "Галилео" детальные фотографии поверхности Европы значительно пополнили наши представления об этом небесном теле. Так, оказалось, что ледяная кора его не столь уж толстая: лишь местами она напоминает айсберги наших полярных морей, а по большей части представляет собой скопище смерзшихся льдин. Перед застыванием они медленно двигались, сталкиваясь, поворачиваясь и образуя разводья. Что питает энергией их движение, ученым еще предстоит выяснить.
Изображения ледяной коры Европы вызвали среди специалистов немало споров. Дело в том, что на ней все же обнаружилось сравнительно немного ударных кратеров на плоских и гладких "равнинах". Некоторые полагают: кора Европы так молода, что столкновении с различными космическими телами за время ее жизни произошло достаточно мало. Значит, возраст нынешней поверхности этого спутника равен всего каким-нибудь нескольким миллионам лет или того меньше.
Другие ученые видят эти факты в ином свете. Они дают поверхности Европы "от роду" около 1 млрд. лет. К такому выводу их приводит неправильная, как они считают, оценка частоты попадания мелких тел в "мишень" Европы. Например, мелкие кратеры на Ганимеде встречаются куда реже чем на Луне, следовательно, столкновения с астероидами и кометами в мире Юпитера происходят реже, чем в мире нашей Земли и ее спутника. Кто прав в этом споре, откроется, вероятно, в дальнейших наблюдениях, которые ведет неутомимый "Галилео".
...Итак, воды на Европе — целый океан в котором могут быть и некоторые органические вещества. А ведь это — необходимые составляющие жизни, хотя бы и очень примитивной. А что, если?
Силкин Борис Исаакович — сотрудник Геофизического центра Российской академии наук.
