Педагогический альманах ==День за Днем==
 
написать письмо


    Главная

    Новости

    Методика

    За страницами учебников

    Библиотека

    Медиаресурсы 

    Интерпретации 

    Школьная библиотека

    Одаренные дети

    Проекты

    Мир русской усадьбы

    Экология  

    Методический портфолио учителя

    Встречи в учительской

    Статьи педагогов в журнале "Новый ИМиДЖ"

    Конкурсы профессионального мастерства педагогов

    Рефераты школьников

    Конкурсы школьников

    Альманах детского творчества "Утро"

    Творчество школьников

    Фотогалерея

    Школа фотомастерства

    Полезные ссылки

    Гостевая книга
    Sort

    Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru

      День за днем : Статьи 

      Статьи  


     
     
     
    Александр Гурьев
     
    ЖИВЫЕ СПУТНИКИ ПЛАНЕТ
     
     

    История естественных спутников планет вскоре отпразднует свой юбилей – 400-летие, ведь в 1610 году итальянец Галилей, направив изобретенный им телескоп, обнаружил четыре небольшие луны и назвал их именами знатных представителей семьи Медичи. Имена не прижились, и сегодня мы знаем эти небесные тела как Ио, Европу, Ганимед и Каллисто. Полвека спустя, в 1665 году великий голландский астроном Христиан Гюйгенс увидел самый большой спутник Сатурна – Титан, а в конце XVII века французский астроном Джованни Доменико Кассини нашел еще ряд Спутников Сатурна – Япетус, Рею, Тетис и Диону.
    Все географические названия Энцелада взяты из сказок «Тысячи и одной ночи». Впрочем, это распространенная практика в космической топонимике.

    Оказалось, что спутники есть не только у Земли и Марса, но и у всех крупных планет Солнечной системы. О единственной спутнице нашей планеты с радиусом вчетверо меньше земного (1738 км) мы уже писали в прошлом номере. Спутники Марса совсем маленькие: Фобос и Деймос в поперечнике имеют 22,2 и 12,4 километра соответственно. У планет-гигантов десятки спутников, удивительно похожих по своему строению на планеты земной группы. Их диаметры варьируются от нескольких десятков до тысяч километров. Но даже самые крупные из них планетами называться не могут из-за замкнутой вокруг «хозяина» траектории движения. У Юпитера, кроме галилеевых, еще шестьдесят с лишним спутников. У Сатурна и Урана — более двух десятков, у Нептуна — чертова дюжина. И лишь Плутон, который недавно перестал считаться планетой, имеет единственный спутник — Харон.

    Сильно приблизиться к своей планете крупный спутник не может (иначе его разорвет сила тяжести), вблизи могут находиться лишь мелкие объекты — кольца. Минимальное расстояние сближения, предел Роша, определяется плотностями планеты и спутника. Кстати, далеко не каждый спутник имеет шарообразную форму, а только те из них, чей радиус превышает несколько сотен километров. При радиусе же более тысячи километров космическое тело уже способно удержать тонкую атмосферу.

    Основные данные о спутниках были получены благодаря американским проектам исследования дальнего космоса. Эстафета открытий началась с запуском зондов династии Pioneer в конце 70-х — начале 80-х годов. Затем ее продолжили «Вояджеры». Также чрезвычайно успешной считается юиитерианская миссия «Галилей», стартовавшая в 1989 году и продолжавшаяся 14 лег, и сатурниапская программа «Кассипи». В 2006 году 11ЛСЛ был запущен еще один аппарат под названием New Horizons. Следуя замыслу разработчиков, в 2007 году он пролетел мимо Юпитера, а в 2008-м пересек орбиту Сатурна. Коночная же цель, пояс Кон пера, будет достигнута им через 11 лег. При этом в траекторию полета зонда заложен еще один немаловажный «промежуточный» пункт: в 2015 году он окажется на орбите системы Плутон — Харон. Благодаря ему уже сегодня получены уникальные данные. Далекие спутники эффективно изучаются и с Земли. Делают это с помощью новейших телескопов с адаптивной оптикой, нивелирующей влияние земной атмосферы, типа телескопа гавайской обсерватории Кек (W. М. Keck Observatory) или космических телескопов типа «Хаббл» (Hubble Space Telescope, HST).

    Вулканический темперамент Ио
    Но, первый спутник Юпитера, — самое геологически активное космическое тело Солнечной системы. Удивительнейший спутник движется на расстоянии чуть более четырехсот тысяч километров от Юпитера, что составляет шесть его радиусов. Надо сказать, что орбиты первых трех спутников Юпитера синхронизированы с его вращением и между собой, так что периоды обращения Ио, Европы и Ганимеда соотносятся как 1:2:4. Четыре галилеевских спутника всегда повернуты к Юпитеру одной стороной, а их геологическая активность и нагрев, как полагают ученые, вызваны действием его приливных сил. Диаметр Ио (3643 км) на пару сотен километров больше, а диаметр Европы (3122 км) меньше Луны.

    Предполагается, что внутри Ио находится железное либо железо-серное ядро, окруженное силикатной мантией. Спутник обладает очень тонкой атмосферой, состоящей из диоксида серы с примесью кислорода. Вращающиеся облака серных вулканических выбросов поднимаются на сотни километров над его поверхностью. На поверхности Ио постоянно активны около четырехсот вулканов: гигантские лавовые потоки простираются на сотни километров. Два года назад благодаря работе аппарата «Новые горизонты» были детально исследованы не только плюмы (плюм – горячий мантийный поток, двигающийся независимо от основных ковективных течений в мантии) уже известных вулканов на плато Тваштар, но и обнаружены новые; зафиксированы изменения темных диффузных отложений вокруг лавовых потоков.

    Неспокойный спутник Юпитера выглядит очень эффектно: красновато-оранжевая поверхность, состоящая из серы с включениями оксида, отражает примерно две трети падающего света. Здесь присутствуют белый, желтый, красный, оранжевый, черный цвета. Средняя температура на поверхности — минус 143 градуса, но на двух сотых от ее общей площади располагаются десятки горячих «пятен», варьирующихся по размеру, где температура достигает десятков и сотен градусов по Цельсию.

    Считается, что вся поверхность Ио моложе миллиона лет и поднимается на сантиметр в год из-за вулканических выбросов. Выделяют три вида поверхности. Это гладкие равнины, связанные с давно растекшейся лавой, недавний вулканический материал и сотни гор, некоторые из которых выше Эвереста. Метеоритных следов, или ударных кратеров, на Ио в отличие от большинства спутников вообще нет, что служит лишним подтверждением ее молодости.

    Орбита спутника расположена внутри радиационных поясов Юпитера, то есть внутри громадных слоев электронов и ионов, захваченных магнитным полем планеты. Траектория спутника проходит внутри плазменного тора. Заряженные частицы тора обгоняют Ио, ведь они вращаются вместе с магнитосферой планеты. Вращающееся поле за секунду выметает из атмосферы Ио около тонны газов: ионизированную и атомную серу, ее диоксид, кислород, хлор, атомные натрий и калий, пыль хлорида натрия (соли). Изверженный Ио материал формирует радиационные пояса, часть его удаляется от Юпитера. Между полярными областями Ио и Юпитером текут электрические токи невообразимой силы — десять миллионов ампер. Здесь наблюдаются полярные сияния. Ввиду всего этого работоспособный ровер-иоход в таких условиях должен иметь экранировку, по эффективности сравнимую с броней современного танка.

    Интересно, что Ио «плюется» солью. Она выбрасывает за пределы системы Юпитера десятимикронные соляные частицы со скоростью несколько сотен километров в секунду. Как она это делает, пока не ясно. Еще одна из загадок — значительное усиление принимаемого на Земле радиоизлучения Юпитера при появлении Ио.
     
     
    Европейские узоры на стекле
    Холодная Европа, названная так по имени украденной Зевсом дочери финикийского царя, — прямая противоположность Ио. Европа состоит из силикатных скальных пород и железного ядра размером примерно в половину ее радиуса. У нее есть слабая кислородная атмосфера. Температура не поднимается выше минус 150 градусов. Европа — это каменный шар, покрытый ледяным «катком», толщиной в сотню километров. Ее гладкая и геологически молодая поверхность рассечена протяженными линейными трещинами в ледяной коре, заполненными вдавленными текучими ледяными породами. При более детальном рассмотрении поверхность Европы подобна ледяным узорам на стекле, есть здесь и несколько кратеров.

    На поверхности Европы встречаются отдельные точечные включения более темных пород, особенно на стороне, обращенной к Юпитеру. Предполагается, что они вызваны гейзерами и вулканическими извержениями воды, а их красно-коричневый цвет объясняется добавками серы. Недавние детальные исследования показали, что под слоем европейского льда средней толщиной в сотню километров находится водный океан.
     
     
    Виночерпий Юпитера
    Самый большой из всех спутников в Солнечной системе, третий спутник Юпитера Ганимед, назван так в честь прекрасного юноши, виночерпия Зевса. Он движется в миллионе километров от планеты, а его диаметр (5262 км) больше диаметра Меркурия. Состоит он из силикатных пород и водяного льда. У спутника значительное магнитное поле, считается, что оно вызвано конвекцией в железном расплавленном ядре. У Ганимеда тонкая атмосфера кислорода с небольшой долей водорода, температура здесь как на Европе.

    Рельеф Ганимеда достаточно гладкий, на поверхности выделяются темные и светлые области. Первые — это регионы с древними кратерами диаметром в десятки километров, которые часто покрыты коркой льда. Светлые участки, занимающие сравнительно небольшую площадь, состоят из множества борозд — молодых гребней и впадин. Данные космических экспедиций свидетельствуют о соленом океане, находящемся на глубине двухсот километров под поверхностью Ганимеда. Так что спутник представляет собой эдакий сандвич со льдом.
     
     
    Возлюбленная Зевса
    Четвертый из галилеевских спутников, Каллисто, назван по имени прекрасной дочери царя Ликаона, возлюбленной Зевса. Этот самый темный из всех спутников, размером с Меркурий, находится от Юпитера в два раза дальше Ганимеда. Он и самый неплотный из всех, поэтому его атмосфера очень тонка. Состоит он из оксида углерода и небольшого количества кислорода. Здесь, как на Ио и Ганимеде, очень холодно, но льда меньше. Примерно половина массы спутника — это вода в жидком или твердом состоянии.

    Каллисто усеяна кратерами диаметром в десятки километров, есть даже цепочки из них. Она знаменита своей областью Валхалла — так назывался дворец верховного скандинавского бога Одина. Валхалла — многокольцевая концентрическая структура разломов с двумя десятками колец на юпитерной стороне спутника. Отчасти она напоминает концентрические кольца гор на Луне.

    Установлено, что глубже сотни километров под поверхностью Каллисто, как на Европе и Ганимеде, находится вода. Подобно горячей и вязкой земной астеносфере, подстилающей земную кору, на трех спутниках могут существовать целые океаны воды. Некоторые исследователи указывают на реальную возможность жизни в этих условиях. На такие соображения наводит существование колоний живых организмов и целых экосистем в земном океане вблизи глубоких океанских гидротермальных источников — черных курильщиков. Так что жизнь вблизи Юпитера надо искать именно на галилеевских спутниках. Видимо, не так уж не прав был Джордано Бруно, сожженный на костре инквизицией за предположения о жизни вне Земли.
     
     
    Космические сатурналии
    Основной результат исследования системы планеты Сатурн состоит в обнаружении колоссального разнообразия природных явлений. Данные, полученные аппаратом «Кассини», оказались настоящим подарком для астрономов. Так, несколько сюрпризов преподнес второй от планеты спутник, Энцелад, относящийся к средним по размеру спутникам Сатурна. Это округлый и геологически активный объект диаметром 250 километров. Он очень ярок, это самый светлый объект в Солнечной системе. Оказалось, что вблизи его орбиты кольцо Е Сатурна имеет повышенную концентрацию частиц.

    Подобно земной Луне, Энцелад всегда повернут к Сатурну одной своей стороной. На его поверхности были обнаружены кратеры, борозды, рытвины, равнины. Энцелад имеет глобальную систему разломов. Считается, что изверженные лавы не так давно изменили его рельеф. Геологически самый молодой и активный — регион южного полюса Энцелада. Интересно, что все географические названия этого сказочного объекта взяты из известной сказки.

    Три года назад зонд «Кассини» обнаружил на Энцеладе воду, изливающуюся в виде гейзеров. Фотографии высокого разрешения показали на южном полюсе ледяные струи и плюмы капель воды, в грандиозных объемах и с высокой скоростью извергающиеся в космос. Удержать воду на своей поверхности или орбите Энцелад из-за своей малой массы не может. Ученые предполагают, что, подобно холодным земным гейзерам, вода может выжиматься из приповерхностных карманов-озер, залегающих на глубине не более нескольких десятков километров под поверхностью спутника. Ранее было известно, что вся система Сатурна насыщена кислородом, — теперь стал ясен его источник. Это Энцелад, вода которого затем разлагается на кислород и водород. Однако вопрос о том, как она образовалась на таком маленьком и холодном теле, — остается для ученых пока без ответа.

    Пятый спутник, Тефия, радиусом в полтысячи километров находится от Сатурна на расстоянии примерно в триста тысяч километров. Ее рельеф свидетельствует о недавней геологической активности. Так, на экваторе проходит глубокий разлом шириной в шесть десятков километров, который вполне может быть рифтовой зоной, аналогичной земным срединно-океаническим хребтам. Шестой спутник, Диона, такого же размера расположен на сто тысяч километров дальше. Исходящие из единого центра лучевые разломы на Дионе достигают в длину радиуса шести сотен километров, а сильно кратеризованные со стороны Сатурна рифтовые долины еще недавно подвергались тектоническим преобразованиям.

    Оказалось, что подобно Ио обе луны выпускают в космос грандиозные струи ионизированных частиц: выяснить это удалось благодаря изучению структуры радиационных поясов, точнее, радиационных дисков Сатурна. Плазма заряженных частиц в его магнитном поле была отслежена от Дионы и Тефии. Поле  Сатурна вышвыривает ее из своего плазменного диска в космос в виде длинных пальцев. Механизмы возникновения этих ионов на спутниках пока неясны.

    На Гиперионе, одном из малых спутников размером 100x120x175 километров, зонд «Кассини» обнаружил основные химические составляющие жизни. Чаши кратеров Гипериона заполнены соединениями водорода и углерода. Большая часть поверхности Гипериона представляет собой смесь замерзшей воды и органической пыли. Здесь также есть углекислый газ в химически связанном состоянии и сухой лед, вода и различные углеводороды. Их молекулы, включенные в ледяную матрицу, теоретически способны сформировать органические соединения под действием ультрафиолета.
     
    Сегодня человек уже твердо уверен в том, что базовые химические соединения широко распространены во Вселенной, и география небесных тел, где, возможно, возникли подобные земным формы жизни, лишь расширяется от открытия к открытию.
     
     
    Астроботаника
    Астрономы постоянно открывают новые малые спутники. Стало ясно, что системы планетных спутников подобны Солнечной системе в миниатюре. Телескопы изучают отраженные и испущенные ими излучения, космические аппараты составляют их карты, записывают тепловые и гравитационные поля, десятки других физических параметров. Уже накоплено множество фактов, однако стройной логической схемы, позволяющей их классифицировать, по-прежнему нет. Астрономия, как когда-то ботаника, нуждается в собственном Карле Линнее. Единой и исчерпывающей концепции строения Солнечной системы все еще не существует, и астрономия остается благодатным полем для научных открытий, с каждым из которых у людей появляются новые ответы, таящие в себе все новые вопросы.
     
    «Что нового в науке и технике», № 9, 2009




    © 2006 - 2018 День за днем. Наука. Культура. Образование