Ганимед
Ганимед — крупнейший спутник Юпитера и всей Солнечной системы. Его диаметр превышает диаметр Меркурия, а под ледяной поверхностью, по данным магнитных наблюдений, находится солёный океан. Ганимед также выделяется среди спутников собственным магнитным полем, открытым аппаратом Galileo в 1996 году.[2][5]
Размеры и физические характеристики
Средний диаметр Ганимеда составляет 5262 км — примерно в полтора раза больше лунного и на 380 км больше диаметра Меркурия. Масса спутника достигает 1,48 × 1023 кг: это около двух масс Луны, но менее половины массы Меркурия. Причина такого сочетания размеров и массы — значительная доля воды и льда в составе Ганимеда.[1][6][7]
Средняя плотность равна примерно 1,94 г/см³, а ускорение свободного падения — 1,43 м/с². Несмотря на больший размер, поверхностная гравитация Ганимеда немного слабее лунной. Его поверхность днём прогревается примерно до 90–160 К, то есть от −183 до −113 °C; даже освещённые участки остаются глубоко промёрзшими.[1][2]
Орбита и вращение
Ганимед обращается примерно в 1,07 млн километров от центра Юпитера. Среди четырёх галилеевых спутников он занимает третью орбиту: ближе находятся Ио и Европа, дальше — Каллисто. Один оборот длится около 7 суток и 4 часов. За это же время Ганимед совершает оборот вокруг своей оси, постоянно поворачиваясь к планете одной стороной.[4][2]
Ганимед, Европа и Ио связаны резонансом Лапласа: пока Ганимед завершает один оборот, Европа — примерно два, а Ио — четыре. Повторяющиеся гравитационные воздействия связывают эволюцию орбит этих спутников. Орбита Ганимеда при этом почти круговая: её эксцентриситет составляет около 0,001.[4][8]
Поверхность и геологическое строение
На Ганимеде соседствуют два основных типа рельефа. Тёмные области густо покрыты кратерами и сохраняют следы древних столкновений. Светлые участки пересечены протяжёнными бороздами и грядами; они сформировались позднее и свидетельствуют о деформации ледяной коры. Поэтому границы светлых полос нередко обрывают более старые структуры.[9]
Одна из крупных древних областей — область Галилея. Снимки Galileo показывают здесь кратеры разной сохранности, борозды и участки переработанного тёмного материала. Часть ударных структур со временем утратила выраженную глубину: ледяная кора способна медленно деформироваться, сглаживая первоначальный рельеф.[10]
Внутреннее строение
Внутреннее вещество Ганимеда разделилось на слои: в центре находится металлическое ядро, выше — каменная мантия, затем водно-ледяная оболочка. Такое строение означает, что в прошлом недра достаточно нагрелись для разделения тяжёлого и лёгкого вещества.[2]
В глубоких слоях давление настолько велико, что вода может образовывать плотные разновидности льда, отличающиеся от обычного поверхностного. Модели допускают чередование жидких и твёрдых водных слоёв. Их количество и расположение зависят от температуры и солёности; многослойная структура пока остаётся моделью, а не непосредственно наблюдённым разрезом недр.[11]
Магнитное поле и полярные сияния
В 1996 году Galileo обнаружил собственное магнитное поле Ганимеда. Его связывают с движением электропроводящего вещества в жидкой части металлического ядра. Вокруг спутника существует небольшая магнитосфера, полностью погружённая в гораздо более обширную магнитосферу Юпитера.[12][5]
В полярных областях возникают ультрафиолетовые сияния. Частицы, вызывающие их свечение, поступают из окружающей Юпитер плазмы. Анализ старых измерений Galileo позволил проследить потоки ионов в полярных областях, а также выявить перенос плазмы при магнитном пересоединении — перестройке связей между магнитными полями планеты и спутника.[12]
Подповерхностный океан
В 2015 году исследователи опубликовали результаты наблюдений Hubble за колебаниями полярных сияний Ганимеда. Меняющееся магнитное поле Юпитера заставляет зоны сияний смещаться. Наблюдаемое отклонение составляло около 2°, тогда как модель без проводящего океана давала примерно 6°. Разницу объясняет дополнительный магнитный отклик солёной воды под ледяной оболочкой.[5]
В использованной интерпретации толщина океана оценивалась примерно в 100 км, а глубина его верхней границы — около 150 км. Это модельные величины: точное строение водной оболочки предстоит уточнить. По оценкам, суммарное количество воды внутри Ганимеда может превышать объём всех земных океанов.[5]
Возможный контакт жидкой воды с каменными породами важен для химического обмена в недрах. Расчёты допускают такой контакт при определённых температуре и составе рассола, но положение плотных ледяных слоёв остаётся существенной неопределённостью. Свидетельств существования жизни на Ганимеде не получено.[11]
Атмосфера и водяной пар
Ганимед окружён крайне разреженной экзосферой, содержащей молекулярный кислород. В 2021 году повторный анализ ультрафиолетовых наблюдений Hubble выявил свидетельства водяного пара. Его образование связывают с сублимацией: на наиболее прогретых участках поверхностный лёд непосредственно переходит в газ.[3]
Этот пар поступает с поверхности. Наблюдения не означают, что глубокий океан испаряется через ледяную оболочку. Количество водяного пара зависит от освещения и температуры, поэтому состав разреженной газовой среды неодинаков над разными участками спутника.[3]
Соли и органические соединения
Во время пролёта 7 июня 2021 года прибор JIRAM на Juno получил инфракрасные спектры поверхности с разрешением лучше километра. Результаты, опубликованные в 2023 году, показали признаки гидратированного хлорида натрия, хлорида аммония, гидрокарбоната натрия и, возможно, алифатических альдегидов.[13]
Наибольшее содержание солей и органических веществ обнаружили на исследованных участках, сравнительно защищённых магнитным полем от интенсивной бомбардировки частицами. Один из вариантов происхождения этих веществ — выход глубинного рассола на поверхность в прошлом. Органические соединения сами по себе не являются признаком биологической активности.[13]
Открытие и исследования
Галилео Галилей обнаружил Ганимед 7 января 1610 года. Вместе с Ио, Европой и Каллисто он вошёл в число первых известных спутников другой планеты.[2]
Первые космические исследования системы Юпитера выполнили Pioneer 10 и Pioneer 11. В 1979 году аппараты Voyager 1 и Voyager 2 передали подробные изображения крупных спутников. В 1990-х годах Galileo исследовал Ганимед с близкого расстояния, измеряя его гравитацию, магнитное поле и свойства поверхности.[14]
7 июня 2021 года Juno прошёл примерно в 1046 км от поверхности Ганимеда. Новые снимки и спектры позволили сопоставить светлые и тёмные области и исследовать химический состав ледяной коры.[13]
Миссия Juice
Европейский аппарат Juice запущен 14 апреля 2023 года. Прибытие к Юпитеру запланировано на июль 2031 года. После исследований системы планеты и пролётов её крупных спутников аппарат должен выйти на орбиту вокруг Ганимеда — впервые для спутника во внешней Солнечной системе.[15]
Магнитометр, радар, лазерный высотомер и другие приборы Juice предназначены для изучения океана, ледяной оболочки, рельефа и взаимодействия с магнитосферой Юпитера. Измерения должны уточнить внутреннее строение Ганимеда и условия, при которых в его недрах сохраняется жидкая вода.[15]
См. также
Источники
- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 Planetary Satellite Physical Parameters // NASA Jet Propulsion Laboratory, Solar System Dynamics.
- ↑ 2,00 2,01 2,02 2,03 2,04 2,05 2,06 2,07 2,08 2,09 Ganymede Facts // NASA Science.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 Hubble Finds First Evidence of Water Vapor at Jupiter's Moon Ganymede // NASA Science. 26 июля 2021.
- ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 Planetary Satellite Mean Elements // NASA Jet Propulsion Laboratory, Solar System Dynamics.
- ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 NASA's Hubble Observations Suggest Underground Ocean on Jupiter's Largest Moon // NASA Science. 12 марта 2015.
- ↑ Galilean Satellite Fact Sheet // NASA Space Science Data Coordinated Archive.
- ↑ Mercury Fact Sheet // NASA Space Science Data Coordinated Archive.
- ↑ NASA's Juno Mission Uncovers Heart of Jovian Moon's Volcanic Rage // NASA. 12 декабря 2024.
- ↑ Ganymede True Color, Galileo, PIA00716 // NASA/JPL; описание снимка на Wikimedia Commons.
- ↑ Ganymede — Dark Terrain in Galileo Regio // NASA Jet Propulsion Laboratory.
- ↑ 11,0 11,1 Ganymede May Harbor 'Club Sandwich' of Oceans and Ice // NASA Jet Propulsion Laboratory. 1 мая 2014.
- ↑ 12,0 12,1 Old Data, New Tricks: Fresh Results from NASA's Galileo Spacecraft 20 Years On // NASA. 30 апреля 2018.
- ↑ 13,0 13,1 13,2 Salts and Organics Observed on Ganymede's Surface by NASA's Juno // NASA. 30 октября 2023.
- ↑ Ganymede Exploration // NASA Science.
- ↑ 15,0 15,1 Juice Factsheet // European Space Agency.
