Европа или Юпитер: интересные факты

Евро́па (др.-греч. Ἐυρώπη), или Юпитер II — шестой спутник Юпитера, наименьший из четырёх галилеевых спутников, тем не менее, один из самых крупных спутников в Солнечной системе. Европа была обнаружена в 1610 году Галилео Галилеем^[1] и, вероятно, Симоном Марием в то же самое время. На протяжении столетий за Европой велись всё более всесторонние наблюдения при помощи телескопов, а также, начиная с 1970-х годов, пролетающих вблизи космических аппаратов.

По размерам уступая земной Луне, Европа состоит из силикатных пород, а в центре спутника находится железноеядро. Поверхность состоит изо льда и является одной из самых гладких в Солнечной системе; она испещрена поперечно-полосатыми трещинами и полосами, в то время как кратеров практически нет. Легко заметная молодость и гладкость поверхности привели к гипотезе, что на Европе находится подповерхностный океан, состоящий из воды, который, возможно, может служить пристанищем для внеземной микробиологической жизни^[4]. Гипотеза образования океана сводится к тому, что тепловая энергия от приливного ускорения позволила ему оставаться жидким и стимулировала эндогенную геологическую активность, близкую к тектонике плит^[5]. У спутника есть крайне разреженная атмосфера, состоящая в основном из кислорода.

Интересные характеристики Европы, особенно возможность обнаружения  внеземной жизни, привели к целому ряду предложений по исследованиям  спутника^[6][7]. Миссия КА «Галилео», начавшаяся в 1989 году, предоставила большую часть текущих данных о Европе. Запуск новой миссии по изучению ледяных спутников Юпитера, Europa Jupiter System Mission (EJSM), запланирован на 2020 год^[8]

Наряду с тремя другими самыми большими спутниками Юпитера (Ио, Ганимедом и Каллисто), Европа была открытаГалилео Галилеем в январе 1610 года^[1] при помощи изобретённого им телескопа-рефрактора с 20-кратным увеличением.

Первое наблюдение спутника было совершено  Галилеем 7 января 1610 года в Падуанском университете, однако тогда он не смог отделить Европу от другого юпитерианского спутника — Ио — и описал оба спутника как единое космическое тело. Ошибка была обнаружена Галилеем на следующий день: 8 января 1610 года (эта дата и одобрена в качестве даты открытия Европы МАС)^[1]. Открытие Европы и других галилеевых спутников было анонсировано Галилеем в работе «Sidereus Nuncius» в марте 1610 года^[9], где он назвал их «планетами Медичи» (в честь своего покровителя) и обозначил римскими цифрами.

В своём издании «Mundus Jovialis», опубликованном в 1614 году, немецкий астроном Симон Марий утверждал, что наблюдал Ио и другие спутники Юпитера ещё в 1609 году, за одну неделю до открытия их Галилео. Галилео выразил сомнения в подлинности данных утверждений и отклонил работу Мария как плагиат. Первое зарегистрированное наблюдение Мария датируется 29 декабря 1609 года по Юлианскому календарю, что соответствует 8 января 1610 года поГригорианскому календарю, которым пользовался Галилей^[10].

Название «Европа» было дано Симоном Марием в 1614 году, а ещё ранее предложено Иоганном Кеплером^[11][12]. Спутник назван по имени персонажа древнегреческой мифологии — дочери финикийского царя Тира, возлюбленнойЗевса (Юпитера). Предположительно, с финикийского это имя переводится как «заход»^[13].

Однако имя «Европа», как и  имена, предложенные Марием для других галилеевых спутников, практически не использовалось вплоть до середины XX века^[14], когда оно стало общеупотребительным. В большой части ранней астрономической литературы Европа обозначается римской цифрой (система, введённая Галилео) как Юпитер II или как «второй спутник Юпитера». После открытия спутников Сатурна система обозначения, основанная на предложениях Кеплера и Мария, стала использоваться для спутников Юпитера^[15]. С открытием в 1892 году Амальтеи, орбита которой находится ближе к Юпитеру, Европа стала третьим спутником. КА «Вояджер» обнаружили ещё три внутренних спутника в 1979 году, так что Европа в настоящее время считается шестым спутником Юпитера, хотя её до сих пор иногда называют Юпитер II^[14]. Далее приведён отрывок текста, в котором Иоган Кеплер предлагает и обосновывает название спутника:

Три девы были особенно отмечены, из-за тайных, успешно завершившихся ухаживаний со стороны Юпитера: Ио, дочь речного бога Инаха; Каллисто, дочь Ликаона; Европа, дочь Агенора… Я думаю, следовательно, что не ошибусь, если первый (спутник) я назову Ио, второй — Европой… 
Радиус орбиты спутника равен 670 900 километрам, Европа совершает полный оборот вокруг Юпитера за время, немногим больше трёх с половиной земных суток. Орбита спутника почти круговая (при эксцентриситетеравном всего 0,009), а её наклон относительно плоскости экватора Юпитера мал — приблизительно 0,470 °^[16]. Как и все галилеевы спутники, Европа всегда повёрнута одной и той же стороной к Юпитеру (находится вприливном захвате). Из-за этого на полушарии Европы, повернутом к планете, есть точка, с которой кажется, что Юпитер находится прямо над головой. Нулевой меридиан Европы пересекается с этой точкой^[17].

Однако исследования показывают, что  спутник не находится в полном приливном захвате, так как у  него было замечено почти асинхронное вращение: Европа вращается быстрее, чем обращается вокруг планеты, или, по крайней мере, так было в прошлом. Это говорит об асимметричном внутреннем распределении массы и о том, что слой подповерхностной жидкости отделяет ледяную кору от мантии из горных пород^[18].

Небольшой эксцентриситет орбиты Европы, поддерживающийся гравитационными возмущениями от других галилеевых спутников, заставляет точку Европы, находящуюся прямо под Юпитером, колебаться около среднего положения орбиты вблизи от плоскости экватора Юпитера. Как только Европа приближается к Юпитеру, гравитационное притяжение планеты увеличивается, что заставляет спутник несколько видоизменять форму, слегка вытягиваясь по направлению планеты. Как только Европа удаляется от Юпитера, гравитационное притяжение планеты уменьшается, заставляя спутник снова принимать более сфероидальную форму. Эксцентриситет орбиты Европы постоянно подвергается возмущениям вследствие орбитального резонанса спутника с Ио^[19]. Приливная деформация формирует недра Европы и обеспечивает спутник источником тепла, который, стимулируя подземные геологические процессы, вероятно, позволяет оставаться подповерхностному океану жидким^[5][19]. Вращение Юпитера является основным источником энергии для этого процесса, а далее она поступает на Ио через приливы, вызываемые Юпитером, и передаётся Европе и Ганимеду при помощи орбитальных резонансов^[19][20] — их орбитальные периоды относятся как 1:2:4.

Физические  характеристики

По размеру  Европа немногим меньше земной Луны. Имея диаметр чуть более 3100 километров, она является шестым по величине спутником и пятнадцатым крупнейшим объектом Солнечной системы. Несмотря на то, что Европа самая маленькая из галилеевых спутников, она более массивная, чем все известные спутники в Солнечной системе, уступающие ей размерами^[21]. Её объёмная плотность позволяет предположить, что, состоя в основном из силикатных пород, спутник схож по составу с планетами земной группы^[22].

Происхождение и эволюция

Для объяснения формирования и геологической эволюции Европы научным сообществом предложены несколько теорий, одной из которых  является то, что Европа сформировалась из газового диска, расположенного вблизи Юпитера^[23][24]. Этим объясняется и то, что орбиты галилеевых спутников близки к окружностям и радиусы орбит регулярно увеличиваются^[24]. Данный газовый диск мог сформироваться вокруг прото-Юпитера путём выведения части газа, составляющего начальную массу прото-Юпитера, в процессегидродинамического коллапса^[24].

Если газовый диск был достаточно горячим, то твёрдые частицы из перенасыщенного пара при достижении размеров около 1 сантиметра могли довольно быстро оседать к средней плоскости диска^[25]. Затем, благодаря механизму гравитационной неустойчивости Голдрайха-Уорда, из тонкого слоя сконденсированного твёрдого вещества в газовом диске начинают образовываться тела размерами в несколько километров^[24]. Вероятно, из-за ситуации подобной картине формирования планет в Солнечной туманности, формирование спутников Юпитера произошло за сравнительно короткий отрезок времени.

Так как Европа содержит меньшее  количество льда, чем остальные спутники Юпитера, то она была сформирована в эпоху, когда завершилась конденсация льда в вещество спутников. Рассмотрим две крайние модели завершения конденсации льда. В первой модели (аналогичной модели Поллака и Рейнольдса) предполагается, что температура недавно образованной частицы определена балансом между энергией, поглощаемой ею от Солнца, и энергией, излучаемой ею в пространство, и не берётся в расчёт прозрачность диска в ближней инфракрасной области^[24]. Во второй модели предполагается, что температура определяется конвективным переносом энергии в пределах диска, а также берётся в расчёт, что диск непрозрачен^[24]. Согласно первой модели, конденсация льда завершилась примерно 1—2 миллиона лет после формирования Юпитера, а для второй модели этот период составил 0,1—0,3 миллиона лет (в расчёт берётся температура конденсации около 240 К)^[24].

На заре своей истории  температура Европы могла превышать 700 К, что могло привести к интенсивному выделению летучих веществ^[26][27]. В настоящее время, в зависимости от темпа выделения тепла в недрах, несколько десятков километров коры могут находится в расплавленном состоянии^[27].

Внутренняя структура

Европа больше похожа на планеты земной группы, чем другие «ледяные спутники», и в значительной степени, состоит из горных пород. Поверхность спутника полностью покрыта слоем воды толщиной предположительно 100 километров, частью в виде ледяной поверхностной коры толщиной 10—30 километров; частью, как полагают, — в виде подповерхностного жидкого океана. Ниже лежат горные породы, а в центре, предположительно, находится небольшое металлическое ядро^[28]. Последние данные о магнитном поле Европы, полученные орбитальным аппаратом «Галилео», показали, что оно подвержено индукции посредством взаимодействия с магнитосферой Юпитера, а это подразумевает под собой наличие подповерхностного проводящего слоя. Этот слой, скорее всего, и представляет собой жидкий океан, состоящий из воды. Предположительно, кора Европы сдвинута на 80 ° относительно ядра, что было бы маловероятно, если бы лёд прочно прилегал к мантии. Это служит дополнительным доказательством в пользу подповерхностного океана^[29].

Поверхность

Поверхность Европы одна из самых ровных в Солнечной  системе^[30], лишь немногие образования, напоминающие холмы, имеют высоту до нескольких сотен метров. Высокое альбедо 0,64^[16][31] спутника свидетельствует о том, что поверхностный лёд относительно чистый и, следовательно, «молодой» (полагают, что, чем чище лёд на поверхности «ледяных спутников», тем он моложе).

Наиболее часто  на поверхности спутника встречаются  следующие геоструктуры: 
Равнинные области. Гладкие равнины могут образоваться в результате активности криовулканов, которые извергаются на поверхность, заполняя растекающейся и твердеющей водой огромные площади. 
Хаотические области, которые напоминают случайно разбросанные «обломки» разных геометрических форм. 
Области с преобладанием линий и полос. 
Хребты (как правило, сдвоенные). 
Кратеры. 
Количество кратеров невелико, имеется лишь три кратера диаметром свыше 5 километров, что также говорит об относительной молодости поверхности^[32][31]. По оценкам, основанным на частоте ударных столкновений, возраст поверхности Европы разнится от 20 до 180 миллионов лет^[33], и, следовательно, Европа обладает высокой геоактивностью. В настоящее время не существует полного научного консенсуса среди противоречащих друг другу объяснений возраста разных участков поверхности Европы^[34]. В то же время, сравнение фотографий «Вояджеров» и «Галилео» не выявило каких-либо заметных изменений за 20 лет. 
Поверхность Европы по земным меркам очень холодная — 150—190 °C ниже нуля. На поверхности спутника наблюдается высокий радиационный уровень, эквивалентный дозе около 540 бэр (5400 мЗв) в день^[35], так как орбита Европы проходит через мощный радиационный пояс Юпитера. Данного количества радиации было бы достаточно для того, чтобы вызвать лучевую болезнь у людей^[36]. 
Линии 
Вся поверхность Европы испещрена множеством пересекающихся линий. Это разломы и трещины в ледяном панцире спутника. Некоторые линии почти полностью опоясывают планету. Система трещин в ряде мест напоминает трещины на ледяном панциреСеверного полюса Земли^[37].

Вероятно, поверхность  Европы претерпевает постепенные изменения, в частности, образуются новые разломы. В большинстве своём они представлены трещинами, превосходящими 20 километров в поперечнике, зачастую с тёмными диффузными внешними краями, регулярными бороздами и центральными полосами, состоящими из более светлой материи^[38]. Более тщательные исследования выявили, что края некоторых трещин могут двигаться относительно друг друга по обе стороны, причём подповерхностная жидкость иногда может подниматься через трещины вверх.

По наиболее вероятной гипотезе, эти линии, возможно, результат серии  извержений разогретого льда из-за растяжения коры Европы, которые открыли  доступ к более тёплым слоям, расположенным в недрах^[39]. Данный эффект аналогичен тому, который наблюдался вокеанических хребтах Земли. На кору спутника, а, следовательно, и на появление трещин, как считается, оказывают влияние приливные силы Юпитера. Поскольку Европа тесно связана с приливами Юпитера, то система трещин должна была быть предсказуема и иметь определённые черты. Однако только относительно молодые трещины спутника соответствуют смоделированному образу, а другие трещины кажутся производными других, более древних геопроцессов Европы. Это может объясняться также тем, что поверхность Европы вращается быстрее собственных недр: эффект, объясняемый подповерхностным океаном, разделяющим поверхность спутника (внешнюю ледяную кору) и силикатную мантию, а также влиянием сил притяжения Юпитера, которые воздействуют на внешнюю кору льда спутника^[40]. Сравнивая фотографии «Вояджера» и «Галилео», учёные пришли к выводу, что полный оборот внешней ледяной коры относительно недр спутника занимает минимум 12 000 лет^[41].

Хребты

На Европе имеются  протяжённые сдвоенные хребты^[42]; возможно, они образуются в результате нарастания льда вдоль кромок открывающихся и закрывающихся трещин^[43].

Нередко встречаются и тройные  хребты^[44]. На первом этапе, в результате приливных деформаций в ледяном панцире образуется трещина, края которой разогревают окружающее пространство. Вязкий лёд внутренних слоёв расширяет трещину и поднимается вдоль неё к поверхности, загибая её края в стороны и вверх. Выход вязкого льда на поверхность образует центральный хребет, а загнутые края трещины — боковые хребты. Эти процессы могут сопровождаться разогревом, вплоть до плавления локальных областей и возможных проявлений криовулканизма.

Lenticulae («веснушки»)

На поверхности были обнаружены тёмные «веснушки» (лат. lenticulae)^[45] — выпуклые и вогнутые образования, которые могли сформироваться в результате процессов, аналогичным лавовым излияниям (под действием внутренних сил «тёплый», мягкий лёд двигается от нижней части поверхностной коры вверх, а холодный лёд оседает, погружаясь вниз; это ещё одно из доказательств присутствия жидкого, тёплого океана под поверхностью). Вершины таких образований похожи на части более старых равнин вокруг них, что может быть явным признаком того, что «веснушки» сформировались, когда равнины снизу были уже сдвинуты вверх^[46]. Встречаются и более обширные тёмные пятна^[47]неправильной формы, образовавшиеся, предположительно, в результате расплавления поверхности под действием приливов океана либо в результате выхода вязкого льда на поверхность. Таким образом, по тёмным пятнам можно судить о химическом составе внутреннего океана и, возможно, прояснить в будущем вопрос о существовании в нёмжизни.