Ио резко отличается от большинства планемо. Крупные спутники обычно покрыты мощными ледниками или даже целиком сложены изо льда. На Ио льды почти полностью отсутствуют, а ее внутреннее строение ближе к строению планет земной группы. Внутри сателлита находится тяжелое ядро, которое достигает 1/5 веса всей Ио. Ядро состоит из железа и серы. Его обволакивает толстая полурасплавленная мантия, сложенная минералом фостеритом. И, наконец, снаружи спутник покрыт каменной корой из базальтов и серы. Толщина базальтового слоя достигает примерно 20 км.
Трудно поверить, но вулканизм на Ио поддерживается… Юпитером. Планета-гигант вместе с галилеевыми спутниками образует как бы гравитационную энергетическую станцию. Своим мощным полем тяжести Юпитер расшатывает недра Ио, вызывая внутри них своеобразные приливы мантийного вещества. Под действием приливных сил глубинные слои спутника и ядро сильно разогреваются. Потоки магмы постоянно прожигают кору Ио, выплескиваясь наружу языками раскаленной серы длиной до сотен километров.
Через Ио полученная энергия передается другим галилеевым спутникам, что заметно по их орбитальному движению. Они бегут по орбите не как попало, а словно шестеренки в хорошо отлаженных часах. Когда Каллисто совершает полный оборот вокруг Юпитера, Ганимед успевает совершить два оборота, Европа – четыре оборота, а Ио – восемь.
Благодаря вулканизму Ио окружена тоненькой атмосферой из сернистого газа, кислорода и газообразной поваренной соли. Каждую секунду вулканы поставляют в атмосферу более 100 тонн вещества, часть которого немедленно оседает вниз серным снегом. Магнитное поле Юпитера ежесекундно сдувает тонну серы из "воздушной" оболочки спутника в космос. В космосе газы постепенно накапливаются в так называемом плазменном торе – огромном газовом кольце на орбите Ио, являющемся мощным источником радиации.
...
Вулканический мир неприветлив и, конечно, вряд ли обитаем. А если его кто-то и населяет в других планетных системах, то, скорее всего, это смертоносные микробы. Бактерии стремятся пожрать любое органическое вещество, которое им только встретится. От нападок земных бактерий человек более или менее надежно защищен иммунитетом, пробить "крепостные стены" которого удается лишь немногим видам микроорганизмов. Но на экзопланетах и их спутниках обитают виды, с которыми наша иммунная система незнакома, поэтому здесь стремление микробов поглощать все, что съедобно, может проявиться в полную силу.
Ио необитаема, и она вряд ли приглянется космонавтам, ведь на ней негде совершить безопасную посадку. Равнины залиты потоками вязкой лавы, впадины заполнены озерами расплавленной серы, за пределами равнин начинаются вулканы, крутые скалы, глубокие обрывы и широкие кальдеры – разрушенные вулканические кратеры. Базальтовая кора постоянно пребывает в движении и регулярно переплавляется, отчего здесь невозможно найти следов ни одного метеоритного кратера. Конечно, когда-то на Ио падали метеориты – и не раз, поскольку такова участь всех планемо. Но вулканизм начисто стер любые признаки космической бомбежки.
Редкие участки поверхности, пребывающие в состоянии временного затишья, покрыты густым серным льдом. В районе экватора этот лед окрашен в белый цвет, а вот на полюсах и в средних широтах замерзшая сера имеет красный оттенок. Красная сера – сигнал опасности. Такой цвет лед приобрел под действием мощных радиационных потоков, порождаемых магнитным полем Юпитера.
Поэтому вряд ли космические путешественники изберут вулканические спутники с их нестабильной корой и возможным "агрессивным населением" для создания постоянных баз и тем более городов. Гораздо более интересны небесные тела вроде Европы и Энцелада, планы колонизации которых разрабатываются уже сегодня. Рано или поздно человек обоснуется на этих спутниках, возведя здесь жилые комплексы, лаборатории и… верфи. Причем на этих верфях будут строиться подводные лодки, поскольку объектом исследования ученых станет подледный океан этих двух лун.
Подводные сады Европы
Европа, о которой идет речь, – это один из галилеевых спутников. По размерам она меньше нашей Луны, на которую, впрочем, похожа тем, что повернута к Юпитеру всегда одним и тем же полушарием, равно как и Луна к Земле. Однако на этом сходство заканчивается. Лунная поверхность камениста и изрыта кратерами. Она вздыблена местами очень высокими горами, подобными земным Гималаям, либо образует огромные котловины, которые по традиции называют морями и болотами. Есть даже один океан – Океан Бурь, в котором, конечно же, не найдется ни капли воды.
Совсем другое дело – поверхность Европы. Это огромное ледяное поле, почти абсолютно гладкое. Лишь местами здесь заметны одинокие кратеры от недавних метеоритов да разбросанные то тут, то там низенькие холмики. Горных хребтов на спутнике крайне мало. Сильно вытянутые в длину трещины раскалывают ледяную кору Европы на отдельные подвижные блоки. Эти блоки медленно двигаются, разрушаясь в одной части и прирастая свежим льдом в другой.
Есть спутники, полностью, от поверхности до центра, сложенные льдом. Таков, к примеру, Япет, обращающийся вокруг Сатурна на расстоянии примерно 3,6 млн км. Европа от подобных объектов резко отличается. Ее "сердце" не ледяное, а каменное, то есть оно сложено плотными горными породами. Толщина ледяного панциря Европы оценивается в 10 км. Что находится под ним? Многолетние наблюдения показали, что лед не прилегает вплотную к скалам, но отделен от каменистой поверхности. Здесь, в промежутке между ледяным панцирем и каменным веществом Европы, покоятся воды океана, разогреваемые неспокойными недрами спутника.
...
Помимо разломов и невысоких гор, на Европе имеются "веснушки". Так называются россыпи темных точек, заметных на космических фотографиях. По всей видимости, "веснушки" представляют собой те зоны, где холодный лед погружается под более теплый, разогретый внутренним жаром планемо.
В результате движения ледовых щитов и их периодического таяния весь ледяной покров спутника полностью обновляется за 12 тысяч лет. Следы переплавки старого ледового покрова местами хорошо заметны на космических фотографиях. Например, в области так называемого "Коннемарского хаоса" видны нагромождения древних ледяных глыбин, вмерзших в молодой лед. Судя по всему, здесь из-за сильного внутреннего разогрева недр Европы ее ледовый панцирь почти полностью растаял. В образовавшейся широчайшей полынье плавали громадные айсберги, которые затем сжал, точно тисками, растущий новый лед.
Подледного океана на спутнике никогда бы не появилось, если бы недра Европы не нагревали прилегающие к ним вещества. Дело в том, что температура на поверхности планемо очень мала. На экваторе стоит мороз в –160 °C, а на полюсах температура составляет –220 °C. При столь низких температурах вода, пусть даже насыщенная различными примесями, неизбежно перейдет в твердое состояние. Что же такое происходит внутри Европы, раз у нее хватает тепла, чтобы сохранять подледный океан от замерзания? Ученые убеждены, что энергию для разогрева Европе дает Юпитер своим приливным воздействием, о чем уже шла речь в рассказе о вулканическом мире Ио.
Океан Европы отчасти похож на земной Северный Ледовитый океан, который тоже по большей части упрятан под толстый слой льда. Есть, правда, одна существенная деталь. Океан спутника по объему гораздо больше Северного Ледовитого. Более того, он вообще в два раза больше всех океанов Земли вместе взятых!
Северный Ледовитый океан населяют мириады живых существ – от крохотных рачков до акул и тюленей. По этой причине ученым хочется верить, что и океан Европы тоже может быть обитаем. Конечно, всерьез никто не рассчитывает обнаружить в системе Юпитера рыб или креветок. Зато здесь могут встречаться бактерии, подобные обитателям подледного озера Восток в Антарктиде.
Еще в 1955 году известный ученый Андрей Капица (1931–2011) предсказал, что под антарктической ледовой шапкой могут находиться самые настоящие озера, полные незамерзающей воды. Лед здесь тает из-за чудовищного давления, которое сам же производит своей массой. Спустя много лет это предположение блестяще подтвердилось, и сегодня на великом снежном материке известно почти полторы сотни подледных озер. Крупнейшее из них – озеро Восток, названное так в честь российской исследовательской станции "Восток".
В 1989 году на этой станции начала работать международная экспедиция, в состав которой вошли отечественные, французские и американские ученые. Они начали вести бурение антарктического ледового щита. В этом районе он достигает почти 4000 м, так что представляет собой своеобразную летопись нашей планеты. Ледник на протяжении 2 миллионов лет сохранял в себе пузырьки воздуха, бактерии, споры и пыльцу растений. Изучая накопленные Антарктидой "сокровища", люди узнают, как изменялись на Земле состав воздуха, погода и климат, растительный мир.
В 1996 году буровая скважина, носившая номер 5Г-1, достигла глубины 3539 м, где лед внезапно изменил свои свойства и химический состав. Стало очевидно, что полярники пробурили массив ледового щита насквозь и вошли в толщу совершенно другого льда, который нарастает на древний ледник снизу. Этот новый лед принадлежал огромному подледному озеру. Ученые поставили перед собой задачу достичь этого водоема, чтобы приступить к его всестороннему исследованию. Бурение заняло еще шесть лет. Лишь 5 февраля 2012 года, на глубине 3769 м, бур полярников достиг поверхности озера Восток.
Оно протянулось на 250 км при ширине 50 км. Глубина этого озера составляет примерно 1200 м, что сопоставимо с глубочайшими озерами планеты – российским Байкалом (1620 м) и африканской Танганьикой (1470 м). Озеро Восток является пресноводным, причем оно в 50 раз более насыщено кислородом, чем наземные озера Земли. В самых верхних слоях озера вода очень холодна, ее температура составляет –3 °C. Вода не замерзает только из-за давления ледовой толщи, оцениваемого в 340 атмосфер. Однако с глубиной температура воды растет и достигает примерно +10 °C.
О том, кто обитает в глубинах озера Восток, научный мир узнает лишь в 2013 году, когда в водоем будет спущено специальное оборудование. Впрочем, уже сейчас ученым известны некоторые из жителей озера. Это так называемые термофильные бактерии, их обнаружили в образцах льда, намерзающего снизу на древний ледник. Вряд ли эти микробы населяют воду. Скорее всего, перед учеными обитатели грунта, выстилающего дно водоема, которые 20 тысяч лет назад по какой-либо случайности были заброшены водным течением в верхний слой озера, где и вмерзли в лед.
Трудности с бурением антарктического щита, длившимся более 20 лет, показывают, насколько сложным окажется изучение подледного океана Европы. В настоящее время инженерами разрабатывается робот-бурильщик "Криобот", который планируется спустить на поверхность спутника, чтобы это устройство "прогрызло" ледовую толщу до поверхности воды. После этого к исследованиям приступит другой робот – "Гидробот", представляющий собой нечто вроде автоматического батискафа.
Гейзеры Энцелада
Европа с ее подледным океаном не одинока. Сейчас можно смело сказать, что в Галактике найдется немало подобных ей спутников-великанов. Ученые уверены в этом потому, что еще один похожий объект обнаружен в нашей же Солнечной системе, а точнее – среди сателлитов Сатурна. На расстоянии 238 тысяч километров от планеты обращается невзрачная на вид луна, носящая красивое имя Энцелад .
Энцелад тоже является планемо, однако он весьма мал в сравнении с галилеевыми спутниками Юпитера и достигает в поперечнике всего 504 км. Подобно Европе, этот сателлит покрыт толстым слоем ярко-белого льда. После фотосъемки спутника камерами "Вояджеров" астрономы стали подозревать, что льды на поверхности Энцелада периодически обновляются – по крайней мере в южном полушарии. Северное сильно изрыто древними кратерами, стало быть, здесь ледовой корке сотни миллионов лет. А вот на юге кратеров крайне мало, что говорит о постепенном уничтожении старых ударных воронок по мере обновления ледовых толщ. Но тогда получается, что на спутнике, как на Европе, тоже может находиться небольшой подледный океан.
Несколько лет тому назад эта смелая гипотеза нашла подтверждение. Под ледяной коркой маленького планемо действительно может находиться скопление сильно соленой воды, постоянно подогреваемой неизвестными пока природными силами. Об этом явно свидетельствуют многочисленные гейзеры, которые выбрасывают на сотни километров ввысь водяные брызги и ледяную крошку. Сила водных струй настолько велика, что вещество со спутника попадает в космос и пополняет запасы пылевых частиц в кольце Е Сатурна. Скорее всего, само кольцо Е возникло не без участия Энцелада, оказавшегося невольным строителем этого украшения своей планеты "хозяйки".
На Земле гейзеры возникают в вулканических областях, где подземные воды вскипают под действием жара, испускаемого магматическим очагом. Что именно происходит на спутнике Сатурна, пока остается загадкой. Но точные измерения массы Энцелада показали, что внутри спутника, вероятно, находится каменное ядро, богатое радиоактивными железом и алюминием. Радиоактивные металлы выделяют много тепла, которое разогревает определенные участки соседней породы до +700 °C и выше. Тепло передается от камня подледному океану, заставляя закипающую воду через трещины пробиваться на поверхность.
На поверхности же спутника стоят жуткие морозы: температура льда здесь составляет 200 °C ниже нуля. Кое-где встречаются аномально нагретые участки с температурой около –170 °C. Возможно, в этих местах лед прогревается снизу теплыми океаническими течениями. Энцелад окутан довольно плотной для такого карлика атмосферой из водяного пара, азота, углекислого газа и метана. Малыш ни за что не смог бы удержать вокруг себя "воздушную шубу", это не получается даже у Луны, хотя она почти в 7 раз больше его в поперечнике. Это говорит о том, что атмосфера Энцелада постоянно пополняется извержениями гейзеров.
Межпланетная станция "Кассини" обнаружила в фонтанах гейзеров следы довольно сложных соединений – формальдегида, пропана и ацетилена, из которых при сильном нагревании могут образовываться молекулы аминокислот. А между тем аминокислоты – это основной "конструктор" жизни. Все белки наших клеток сложены аминокислотами. По этой причине Энцелад с недавних пор сделался предметом пристального наблюдения биологов, стремящихся больше узнать о возможностях распространения жизни во Вселенной.
Даже если спутник окажется необитаем, полученные о нем сведения продвинут науку вперед и сообщат нам немало нового о космосе, Земле и жизни. В том числе новые открытия позволят разгадать загадку активности недр на планемо. Энцелад, Ио, Титан и Тритон являются четырьмя крупными спутниками в Солнечной системе, недра которых неспокойны. При этом вулканы Ио извергают настоящие лавы, схожие с земными, а вулканы и гейзеры Энцелада и Тритона исторгают из себя воду и лед. Что роднит эти планемо? Что делает их непохожими на остальные сателлиты? Ответы на эти вопросы принесут будущие наблюдения и будущие полеты.
Под атмосферой Титана
Титан известен человечеству с середины XVII века: это был следующий после галилеевых спутников сателлит, обнаруженный астрономами в Солнечной системе. Открытие Титана произошло спустя ровно 45 лет после открытия лун Юпитера, в 1655 году, – настолько неспешно развивалась в ту пору астрономия. И лишь в середине прошлого века удалось заметить присутствие на Титане толстой "воздушной шубы", которая оказала бы честь даже планете! Из всех спутников Сатурна только Энцелад и Титан обладают собственной атмосферой. Но если газовая оболочка Энцелада, как мы уже знаем, давно улетучилась бы, если бы ее не пополняли вулканы, то Титан достаточно массивен, чтобы самому удерживать свою атмосферу – необычайно плотную.
С тех пор вот уже более полувека природа Титана беспокоит умы людей, стремящихся вообразить, что же происходит под облаками спутника-великана. Титану посвящены фантастические романы, кинофильмы, компьютерные игры. Полеты космических аппаратов позволили приоткрыть занавесу тайны. Особенно информативной оказалась миссия АМС "Кассини", которая в 2005 году сбросила на Титан робота "Гюйгенс" – для изучения условий на поверхности планемо.
Чем больше астрономы узнают о Титане, тем больше он кажется похожим на Землю
Свое название Титан получил в 1847 году от астронома Джона Гершеля (1792–1871), который решил таким образом увековечить в космосе память о мифических великанах – титанах. Истинных размеров спутника тогда никто не знал, но, как оказалось, свое имя сателлит вполне оправдывает. В поперечнике (5152 км) Титан в полтора раза превосходит Луну, а по массе (13,5×1019 т) он почти в два раза тяжелее ее. Если все остальные спутники Сатурна, которых насчитывается более 60, слепить в один громадный комок, то масса Титана окажется в 19 раз больше массы этого комка.
Поверхность Титана представляет собой унылую, усеянную камнями равнину, которую местами пересекают гряды холмиков или невысоких гор, крупнейшие из которых редко превосходят 2000 м, отчего напоминают земной Урал. Тем не менее многие горные вершины украшены шапками ледников из метанового льда и снега. Местные возвышенности часто обладают крутыми склонами, отчего выглядят весьма внушительно.
Единственным украшением бескрайних долин спутника служат озера. Их здесь очень много. На одном из участков, обследованных аппаратом "Кассини", удалось насчитать 75 озер протяженностью от 3 до 70 км. Некоторые из этих озер постепенно высыхают. Засухи, вероятно, нередки на Титане. Ученые неоднократно видели на снимках следы полностью высохших "водоемов". Разумеется, в озерах, связанных протоками, течет не вода (она при температуре на Титане немедленно замерзла бы), а жидкий метан. Глубину метановых озер сейчас нет возможности измерить, однако вряд ли они особенно глубоки. Об этом говорит богатая россыпь мелких островков во многих таких "водоемах".
Столь большому количеству метана на поверхности и в атмосфере Титан обязан своим вулканам. Ученые пока обнаружили лишь несколько таких вулканов, причем сильно сомневаются, что они способны изливать силикатные лавы, как на Земле или Ио. Скорее всего, перед нами криовулканы , какие имеются на Энцеладе и Тритоне. Из жерла таких вулканов извергается водно-аммиачная смесь с примесью метана и некоторых других веществ. Однако вулканизм на Титане протекает гораздо спокойнее, чем на Энцеладе или тем более на Ио.
Воды на Титане очень много, но только в виде льда. Этот лед несколькими слоями обволакивает внутреннее ядро планемо, сложенное из каменистых пород и радиоактивных металлов.