Каллисто: ледяной спутник Юпитера, у которого есть таинственный подземный океан

Происхождение

Спутник Каллисто образовался в результате постепенной аккреции из газопылевого диска, окружавшего Юпитер после его формирования. Из-за низкой скорости наращивания массы небесного тела и слабого приливного нагрева температура в его недрах была недостаточной для их дифференциации.

Открытие

Спутник Каллисто был открыт в 1610 году Галилео Галилеем вместе с тремя другими крупными спутниками Юпитера: Европой, Ио и Ганимедом. По системе, предложенной Галилео, Каллисто получила название Юпитер IV (четвертый спутник Юпитера). Это наименование надолго закрепилось в ранней астрономической литературе.

Позднее Иоганн Кеплер предложил для галилеевых спутников новые названия, более узнаваемые. С его легкой руки Юпитер IV превратился в Каллисто.

Так звали одну из возлюбленных древнегреческого бога Зевса. Согласно мифу, он превратил нимфу в созвездие Большая Медведица, чтобы избежать гнева своей супруги Геры.

Название, предложенное Кеплером, очень долго не воспринималось научной общественностью. Его стали широко употреблять лишь с середины ХХ века.

Физические характеристики

Каллисто — второй по величине спутник Юпитера после Ганимеда и третий по величине спутник в Солнечной системе. Его диаметр 4821 км, что составляет 38% от диаметра Земли. Весит Каллисто более 10 квинтлн тонн. По габаритам он схож с Меркурием, но из-за низкой плотности (1,86 г/см³) его вес составляет 30% от массы этой планеты.

Физические характеристики Каллисто:

Примерный возраст Каллисто — 4,5 млрд лет. Это небесное тело на 40 млн лет младше Юпитера и Земли. Сателлит не находится и, скорее всего, никогда не находился в орбитальном резонансе с тремя остальными галилеевыми спутниками.

Среднее расстояние от Каллисто до центральной планеты составляет примерно 1,9 млн км, до ближайшего соседа Ганимеда — более 800 тыс. км.

Атмосфера

У Каллисто имеется слабая, тонкая атмосфера из углекислого газа, которая простирается примерно на 100 км от поверхности спутника. Атмосфера сателлита эфемерна, она удерживается у поверхности не более 4 суток, а затем улетучивается в космос, поэтому ей требуется постоянное пополнение.

Атмосфера состоит преимущественно из двуокиси углерода. Ученые предполагают, что парциальное давление молекул углекислого газа у поверхности составляет 7.5х10-12 бар при температуре -123,15 °С. Однако на самом деле оно может быть в 20-100 раз выше. Хотя молекулярного кислорода в составе атмосферы не обнаружено, высокая плотность электронов в ионосфере свидетельствует о его возможном наличии здесь в больших количествах.

Поверхность

Поверхность Каллисто густо усыпана ударными кратерами. По количеству кратеров сателлит занимает первое место во всей юпитерианской системе.

Возможно, это даже самое кратерированное тело во всей Солнечной системе. А вот других естественных структур — гор, вулканов, разломов здесь нет, что свидетельствует об отсутствии на спутнике тектонической активности.

Размеры кратеров на Каллисто варьируются от 100 м до 100 км. Кратеры разного размера различаются по форме.

Размер и форма каллистинианских кратеров:

В центре — кратер Лофн. В верхнем левом углу еле видна Адлинда.

Поверхность чаши Асгарда.

Самыми крупными ударными структурами на Каллисто являются кратерные бассейны Асгард (⌀ 1600 км), Адлинда (⌀ 1000 км) и Вальхалла (⌀ 600 км). Они появились на поверхности спутника в результате множественных ударов во время особо активных астероидных бомбардировок из космоса. После такого столкновения с астероидами на поверхности сателлита образовалась система из десятков концентрических колец диаметром до 1600 км.

Несмотря на то, что поверхность Каллисто состоит изо льда, альбедо данного небесного тела составляет всего 19%. Вероятнее всего, она загрязнена силикатной пылью и прочими примесями. Однако молодые глубокие кратеры обнажают чистый белый лед, залегающий на глубине, и выглядят яркими.

Внутреннее строение и подледный океан

Одним из недавних открытий стало наличие под ледяной поверхностью каллисто жидкого соленого океана. Это открытие вызвало у ученых удивление, поскольку ранее они считали спутник относительно неактивным.

Если внутри Каллисто скрывается океан, то это небесное тело должно быть больше похоже на другой спутник Юпитера — Европу, под ледяной поверхностью которого тоже плещется океан.

Последовательность слоев на Каллисто такова:

• ледяной слой глубиной 200 км;
• океан глубиной от 19 до 100 км;
• гомогенные структуры из спрессованного льда и каменных пород.

Спутник не имеет ядра. Его глубинные структуры состоят на 60% из каменных пород, включая железо и его сульфиты, и на 40% из спрессованного льда. По мере увеличения глубины пропорции льда и силикатов будут меняться в пользу последних.

Магнитное поле

Магнитометр, установленный на поверхности Галилео, зафиксировал переменное магнитное поле Каллисто.

Это может быть связано с переменными электрическими токами, протекающими вдоль поверхности Каллисто в соответствии с изменениями магнитного поля на поверхности из-за вращения Юпитера.

Разряженная атмосфера сателлита не имеет заряженных частиц и не может сформировать магнитное поле. Ледяная корка тоже является плохим проводником, но им может быть слой расплавленного льда.

Если этот жидкий океан соленый, подобно земному, то он мог бы создать достаточно сильные электрические токи, чтобы образовать магнитное поле.

Орбита и вращение

Каллисто максимально удалена от Юпитера по сравнению с другими галилеевыми спутниками. Ее движение определяется возмущениями от сжатия планеты, от взаимных возмущений галилеевых спутников и резонансом с Ганимедом.

Характеристика орбиты Каллисто:

Один полный оборот вокруг Юпитера Каллисто совершает за 16,7 земных суток. Для сравнения: период обращения Ганимеда составляет 7 суток. В движении остальных галилеевых спутников существует резонанс более высокого порядка, их периоды относятся друг к другу как 3:7.

Исследования

Основные знания о Каллисто были получены благодаря космическому аппарату «Галилео». Во время полета к другим объектам этот спутник Юпитера изучали АМС «Пионер-10», «Пионер-11», «Вояджер-1», «Вояджер-2», «Кассини», «Новые горизонты».

В 1970 году вблизи Юпитера пролетели исследовательские станции «Пионер-10» и «Пионер-11», но они лишь незначительно расширили представление о поверхности и внутренней структуре Каллисто.

Настоящий прорыв в изучении спутника произошел в 1979-1980 годах благодаря космическим аппаратам «Вояджер-1» и «Вояджер-2».

Пролетая около Юпитера, они сфотографировали половину поверхности спутника с разрешением в 1-2 км.

Полученные снимки позволили определить массу, форму и температуру поверхности спутника.

Следующий виток в изучении Каллисто начался с полета космического аппарата «Галилео» в 1994 году. Аппарат восемь раз приближался к Каллисто, а во время последнего пролета приблизился к поверхности спутника на 138 км и сфотографировал ее с разрешением в 15 метров. Научная миссия «Галилео» продолжалась 9 лет и закончилась в 2003 году.

В 2000 году эстафету изучения Каллисто принял космический аппарат «Кассини». Во время полета к Сатурну он сделал фотографии Каллисто в инфракрасном спектре с высоким разрешением. Наконец, в феврале-марте 2007 года космический аппарат «Новые горизонты», следуя к Плутону, сделал новые фотографии и спектры Каллисто.

Колонизация Каллисто

Каллисто имеет стабильную геологию и не подвержена действию радиации поясов Юпитера, поэтому земные ученые рассматривают это космическое тело как кандидата на размещение научной станции для дальнейшего освоения человечеством. Очень важно, что Каллисто состоит изо льда, который можно добывать и использовать для текущих хозяйственных нужд. Кроме того, с поверхности спутника можно наблюдать за другим спутником Юпитера — Европой.

Пилотируемый полет на Каллисто может состояться уже в 40-х годах текущего столетия. Он может занять от 2 до 5 лет. Ученые планируют отправить на сателлит сразу несколько кораблей: на одном будет находиться экипаж, остальные будут загружены материалами, необходимыми для построения научно-исследовательской базы.

Вероятность жизни

Если под поверхностью Каллисто скрывается океан, значит, в нем возможна жизнь, особенно если вода в нем соленая.

Основными препятствиями для возникновения и развития любых организмов являются слишком слабый тепловой поток из недр сателлита и недостаточное соприкосновение с горными породами.

Условия для возникновения и поддержания жизни здесь менее благоприятные, чем на Европе и Ганимеде.

Видео-обзор научных фактов