Великан в семье великанов
Самый крупный спутник Юпитера — Ганимед. Его радиус — более 2650 км. С такими размерами — а ведь он больше Меркурия — Ганимед мог бы претендовать на звание планеты, но для этого ему не хватает "самостоятельности".
То, что Ганимед в значительной мере покрыт слоем льда, не новость. Ведь среднегодовая температура там, даже на освещенной Солнцем стороне, составляет ниже минус 100°С. Причем на "головном" по ходу движения полушарии почему-то льда больше, чем на "хвостовом". Немало для изучения этого загадочного небесного тела сделали приборы "Вояджера-1", сблизившегося с ним до 240 тыс. км еще 20 лет назад. Но в 90-х годах наступила эра "Галилео", а с ней поток сведений об этом спутнике многократно возрос.
Облет Ганимеда космический зонд впервые совершил 27 июня 1998 года, когда он сблизился с этим небесным телом, состоящим наполовину из камня, наполовину изо льда, на расстояние всего 835 км. Первые же крупные изображения местностей, именуемых Галилео Регио (области Галилея) и Урук Сулкус (равнина Урук; Урук — название древнего города-государства в Шумере), отобранных для более тщательного изучения, принесли ценную информацию о геологическом прошлом Ганимеда.
Оказалось, что эти области представляют собой древние усеянные кратерами ледяные поля, частично примыкающие к более молодым вулканическим равнинам, а частично — перекрытые застывающей грязе-ледяной "лавой". Вокруг этих образований — вытянутые хребты ледяных гор, глубокие борозды и отдельные относительно гладкие широкие бассейны, порожденные тектоническими процессами.
Можно считать, что примерно половина поверхности Ганимеда, усеянной древними кратерами, затем была заново покрыта такой лавой в результате вулканической и тектонической активности. "Лицо" огромного естественного спутника Юпитера некогда подвергалось мощной бомбардировке кометами и астероидами, а затем покрылось "морщинами", порожденными теми же тектоническими силами, которые на Земле создают горы и передвигают с места на место целые континенты. Только так можно объяснить происхождение необычного рельефа местности, который в общих чертах наблюдался еще при пролете космических аппаратов "Вояджер" и который заставил планетологов коренным образом пересмотреть возраст и последовательность процессов, в результате которых складывался ландшафт Ганимеда.
Сенсационным стало открытие, сделанное при помощи магнитометра, регистрирующего силу и направление магнитных полей, а также при помощи бортового волнового плазменного спектрографа, предназначенного для измерения вариаций электромагнитного поля в пространстве, окружающем Юпитер. Выяснилось, что Ганимед обладает своей собственной магнитосферой, где скапливаются заряженные частицы. До полета "Галилео" магнитосферы были известны только у планет, а теперь оказалось, что и спутники могут претендовать на подобное "украшение".
Можно полагать, что Ганимед обладает ядром, состоящим из железа, которое и сыграло роль своеобразного "сердечника" этой непомерной "динамо-машины". Впрочем, не исключено также, что во всем "виноват" тонкий слой электропроводной соленой воды, скрывающийся под ледяной корой этого небесного тела.
Ученые, чья специализация — ионосфера, почерпнули из данных о магнитосфере свою информацию: оказывается, Ганимед окружен слоем заряженных частиц, образующих ионосферу, хотя и не очень мощную, но свою. Следовательно, можно думать, что у него есть и весьма разреженная атмосфера.
Есть атмосфера — значит, есть и некие метеорологические явления. Так и оказалось: на поверхности Ганимеда открыты равнины, покрытые серебристым инеем А обнаружилось это потому, что ряд объектов "ганимедской" топографии, расположенных в средних широтах, светится крайне неравномерно. Даже когда Солнце ярко освещает эти регионы с юга, обращенные на север склоны хребтов и стенки кратеров кажутся более яркими, чем их собратья, глядящие на юг. Высокая яркость также присуща кольцеобразным кромкам кратеров, образованных падением небесных тел в этих областях.
Судя по показаниям бортового спектрометра "Галилео", работающего в близкой инфракрасной части спектра, в покрытых инеем областях присутствуют гидрированные вещества. Возможно, это изморозь двуокиси углерода, обладающая хорошей отражающей способностью; не исключено также, что это обычный, хорошо знакомый землянам "водяной" иней.
Вдали от Юпитера
В начале 1999 года исполняется три года с тех пор, как межпланетная станция "Галилео" вышла на околоюпитерианскую орбиту. Среди сделанных с тех пор открытий последним по времени сейчас является то, что, по-видимому, под поверхностью внешнего галилеева спутника Юпитера, второго по величине, — Каллисто, так же как и у Европы, располагается огромный океан соленой воды.
На такую мысль исследователей сперва натолкнуло то обстоятельство, что подобный океан явно присутствует под ледяной корой другого спутника Юпитера — Европы. Было установлено, что под поверхностью Каллисто, по-видимому, наблюдаются электрические токи, которые вызывают изменения в окружающем его магнитном поле Юпитера. Очевидно, что проводником для этих токов служит океан "европейского" типа.
Опираясь на такую информацию, космофизик Маргарет Кивелсон с коллегами решила заново проанализировать данные магнитных измерений, полученные с помощью "Галилео", когда этот аппарат проходил вблизи Каллисто. В записях, сделанных тогда бортовым магнитометром и не сразу понятых, действительно, обнаружились следы магнитного поля, переменчивого, как и у Европы.
Известно, что любое первичное магнитное поле, меняющееся во времени, генерирует электрические поля путем индукции — об этом говорит знакомый школьнику закон Фарадея. Если в ближнем пространстве содержится нечто, обладающее значительной электропроводностью, там рождаются токи, которые, в свою очередь, создают вторичные магнитные поля. Таким образом, эти вторичные магнитные поля в состоянии поведать нам о присутствии электропроводных веществ.
Магнитное поле "надето" на Юпитер набекрень, асимметрично к его оси вращения. Планета вращается очень быстро (полный оборот гиганта занимает менее 10 часов), а ее спутники — относительно медленно. Поэтому в их первичных полях возникают значительные временные перепады. Все это приводит к сильным магнитным явлениям, охватывающим внешние области спутников Каллисто и Европы. Фактически наблюдаемое магнитное поле создается чем-то, что обладает свойствами электролита и что должно залегать сразу под поверхностью. Судя по наблюдениям, у Каллисто магнитосфера отсутствует. Четко очерченное металлическое ядро в ее центре, которое могло бы стать "сердечником динамо-машины", по-видимому, не сложилось. У всех же остальных галилеевых спутников Юпитера, как сказано выше, металлическое ядро, несомненно, присутствует. Надо полагать, что такой "недостаток" Каллисто связан с тем, что он — самый дальний от Юпитера. Поэтому Каллисто в меньшей степени подвергается силам притяжения от своих галилеевых "собратьев" и великой планеты, вызывающим его разогрев. В холодном и твердом теле процессы объединения веществ с одинаковой плотностью и отделения их от веществ иной плотности идут замедленно; металлы слабо "отчуждаются" от камня и льда и не погружаются в центр, где бы они могли образовать ядро, окруженное четкими раздельными слоями других пород.
Ледяная кора этого спутника не является хорошим электропроводником. Но вот слой растаявшего льда под этой корой вполне мог бы сыграть подобную роль. Только для этого вода, образующая подледный океан, должна быть соленой, как и у нас на Земле. Вероятнее всего, электролитические свойства и там, и тут могли возникнуть в результате растворения водой солей каменистых пород дна.
Еще одно свидетельство в пользу такой гипотезы состоит в том, что в данных, полученных приборами "Галилео", заметны следы разной направленности электрических токов в различное время. Подобное свойство имеют локальные токи, проводимые солеными водами наших земных океанов.
Что касается Европы, то результаты измерений ее магнитного поля, подтверждающие наличие у нее большого количества соленой воды, у специалистов никакого изумления не вызвали: о существовании там океана говорило множество других свидетельств. А вот о "каллистинских" (а возможно и "ганимедских") морях, особенно, подповерхностных, до сего времени никто и не думал.
Присутствие океана на Европе позволяет думать о принципиальной возможности существования там жизни — в то или иное время. А вот для Каллисто, как считает Торренс Джонсон из Лаборатории реактивного движения, такой вывод был бы весьма сомнительным.
Основные элементы жизни — добиологические химические вещества — часто встречаются на многих телах Солнечной системы: на кометах, астероидах, покрытых льдом спутниках. Но чтобы возникла жизнь, сходная с земной, необходимо множество условий, в том числе вода в жидком виде, а также некоторое количество энергии. Вода на Каллисто, как теперь выяснилось, по-видимому, имеется, но вот достаточное количество энергии, похоже, отсутствует. Подогрев океана там ныне может осуществляться лишь за счет энергии распада радиоактивных элементов, а этого явно недостаточно. Европа, находящаяся под боком у гигантского Юпитера, может черпать энергию из приливных сил, вызываемых тяготением спутников и самой планеты, а Каллисто — нет...
В предстоящем году "Галилео" пройдет вблизи Каллисто еще не раз, что позволит собрать много новых сведений о существовании там соленого подледного океана. Это пополнит компьютерные модели Каллисто остро необходимыми для них материалами.
Наибольшее (пока) сближение "Галилео" с Каллисто произошло в сентябре 1997 года. Оно позволило собрать весьма интересную информацию о внутреннем строении этого спутника. Данные говорят, что Каллисто процентов на 60 состоит из довольно равномерно перемешанных между собой каменистых пород, железа и сернистого железа, а остальные 40% — плотно спрессованный лед. Геологическая история Каллисто была спокойной, с редкими и слабыми потрясениями. Это тоже интересно ученым: листая такую каменноледяную "книгу", можно следить за ходом эволюции всей Солнечной системы.
До сих пор считалось, что тело Каллисто состоит из совершенно недифференцированных пород. Теперь же очевидно, что ее недра отнюдь не однородны. По-видимому, каменистые породы и лед там располагаются в значительной мере раздельно, причем, по мере приближения к центру небесного тела процент камней возрастает. Если ядро Каллисто, а это весьма вероятно, "изготовлено" из смеси металлов с камнями, то его радиус составляет несколько менее 25% радиуса всего этого спутника. Чисто ледяная его кора в толщину не превышает 350 км. А между ядром и корой скрывается смесь камней со льдом.
Процессы дифференциации на Каллисто еще не зашли так далеко, как на остальных галилеевых спутниках Юпитера. Так, тело Ганимеда довольно отчетливо разделяется на металлическое ядро, силикатную (каменистую) мантию и богатую льдом внешнюю оболочку. Ио же обладает металлическим ядром и каменистой мантией, а льда там нет. Исследователи ищут этим различиям объяснение. Существенно, что Ио, Ганимед и Европа располагаются много ближе к Юпитеру, чем Каллисто, и подвергаются значительно более мощному гравитационному воздействию "хозяина" всей системы.
В этом году уже состоялся последний (12-й по счету) пролет "Галилео" вблизи Европы. Теперь целью номер один станет Каллисто — аппарат пройдет рядом с ней еще четыре раза (с мая по сентябрь). А в конце года "на закуску" останутся два пролета вблизи Ио. Нет сомнений, что из этих дальних краев в руки землян поступит множество новых важных сведений. Можно только представить себе, что сказал бы по этому поводу сам Галилео Галилей, ознакомившись с сегодняшними, поистине удивительными сведениями, присланным нам его неодушевленным "тезкой".
И еще: интерес к результатам миссии "Галилео" во всем мире — огромный. Даже Папа римский Иоанн Павел II счел нужным принять группу ученых, возглавляющих проведение этих работ. Любопытно, а как бы отнесся к этому его давний предшественник, заставивший Галилея отречься от своей "ереси"?
Силкин Борис Исаакович — сотрудник Геофизического центра Российской академии наук.