Четыре крупнейших спутника Юпитера - иначе. Галилейские спутники, состоящие из Ио, Европы, Ганимеда и Каллисто, - ничто, если не увлекательно. Они включают в себя возможность внутренних океанов, наличие атмосфер, вулканическую активность, один имеет магнитосферу (Ганимед) и, возможно, имеет больше воды, чем даже Земля.
Но, пожалуй, самая захватывающая из Галилеевых Лун - это Европа: шестая ближайшая к Юпитеру луна, самая маленькая из четырех и шестая по величине луна в Солнечной системе. Помимо наличия ледяной поверхности и возможного внутреннего пространства теплой воды, эта луна считается одним из наиболее вероятных кандидатов на жизнь за пределами Земли.
Обнаружение и Наименование:
Европа, вместе с Ио, Ганимедом и Каллисто, были обнаружены Галилео Галилеем в январе 1610 года с помощью телескопа собственного дизайна. В то время он принял эти четыре светящихся объекта за «неподвижные звезды», но продолжающиеся наблюдения показали, что они вращаются вокруг Юпитера так, что это можно объяснить только существованием спутников.
Как и все галилейские спутники, Европа была названа в честь любителя Зевса, греческого эквивалента Юпитера. Европа была финикийской дворянкой и дочерью короля Тира, который впоследствии стал любовником Зевса и королевы Крита. Схема именования была предложена Симоном Мариусом - немецким астрономом, который, как считается, обнаружил четыре спутника независимо друг от друга - который, в свою очередь, приписал это предложение Иоганнесу Кеплеру.
Эти имена изначально не были популярны, и Галилей отказался их использовать, вместо этого выбрав схему именования Юпитера I - IV, где Европа была Юпитером II, поскольку считалось, что он является вторым ближайшим к Юпитеру. Однако к середине 20-го века имена, предложенные Мариусом, были возрождены и стали широко использоваться.
Открытие в 1892 году Амальтеи, орбита которой находится ближе к Юпитеру, чем к галилею, подтолкнуло Европу на третью позицию. С мореплаватель В 1979 году вокруг Юпитера были обнаружены еще три внутренних спутника. С тех пор. Европа была признана шестым спутником с точки зрения расстояния до Юпитера.
Размер, Масса и Орбита:
Со средним радиусом около 1560 км и массой 4,7998 × 1022 кг, Европа составляет 0,245 размера Земли и в 0,008 раза больше массива. Он также немного меньше земной Луны, что делает его шестой по величине луной и пятнадцатым по величине объектом в Солнечной системе. Его орбита почти круглая, с эксцентриситетом 0,09 и находится на среднем расстоянии 670 900 км от Юпитера - 664 862 км в Периапсисе (т.е. когда он ближе всего) и 676 938 км в Апоапсисе (самый дальний).
Как и другие спутники Галилеи, Европа приливно привязана к Юпитеру, а одно полушарие Европы постоянно обращено к газовому гиганту. Тем не менее, другие исследования показывают, что приливная блокировка может быть не полной, поскольку может присутствовать несинхронное вращение.
По сути, это означает, что Европа могла вращаться быстрее, чем она вращается вокруг Юпитера (или делала это в прошлом) из-за асимметрии в ее внутреннем распределении массы, где скалистое внутреннее пространство вращается медленнее, чем его ледяная кора. Эта теория поддерживает идею, что Европа может иметь жидкий океан, отделяющий кору от ядра.
Европе требуется 3,55 земных дня, чтобы пройти одну орбиту вокруг Юпитера, и она все-таки слегка наклонена к экватору Юпитера (0,470 °) и к эклиптике (1,779 °). Европа также поддерживает орбитальный резонанс 2: 1 с Ио, вращаясь один раз вокруг Юпитера для каждых двух орбит самой внутренней галилеевой. Вне него Ганимед поддерживает резонанс 4: 1 с Ио, вращаясь один раз вокруг Юпитера для каждых двух вращений Европы.
Этот небольшой эксцентриситет орбиты Европы, поддерживаемый гравитационными возмущениями других галилеев, заставляет положение Европы слегка колебаться. По мере приближения к Юпитеру гравитационное притяжение Юпитера возрастает, заставляя Европу вытягиваться к нему и от него. По мере того как Европа отходит от Юпитера, сила гравитации уменьшается, заставляя Европу возвращаться в более сферическую форму и создавая приливы в океане.
Орбитальный эксцентриситет Европы также непрерывно накачивается ее орбитальным резонансом с Io. Таким образом, приливные изгибы разминают внутреннюю часть Европы и дают ей источник тепла, возможно, позволяя океану оставаться жидким, в то же время управляя подземными геологическими процессами. Конечным источником этой энергии является вращение Юпитера, которое Ио вызывает через приливы, которые он поднимает на Юпитере, и передается в Европу и Ганимед по орбитальному резонансу.
Состав и особенности поверхности:
При средней плотности 3,013 ± 0,005 г / см3Европа значительно менее плотная, чем любая из других галилеевых лун. Тем не менее, его плотность указывает на то, что его состав аналогичен большинству лун во внешней Солнечной системе, поскольку он отличается от внутренней части породы, состоящей из силикатной породы и возможного железного ядра.
Над этим скалистым внутренним слоем находится слой водяного льда, толщина которого оценивается примерно в 100 км. Этот слой, вероятно, различается между замерзшей верхней коркой и океаническими водами под водой. Если он присутствует, то этот океан, вероятно, представляет собой теплый соленый океан, содержащий органические молекулы, насыщенный кислородом и нагреваемый геологически активным ядром Европы.
С точки зрения своей поверхности, Европа является одним из самых гладких объектов в Солнечной системе, с очень немногими крупными объектами (то есть горами и кратерами), о которых можно говорить. Во многом это связано с тем, что поверхность Европы тектонически активна и молода, а эндогенная шлифовка приводит к периодическим обновлениям. Основываясь на оценках частоты кометных бомбардировок, поверхности, как полагают, около 20-180 миллионов лет.
Однако в меньших масштабах теоретизировали, что экватор Европы покрыт ледяными шипами высотой 10 метров, называемыми пенитентами, которые вызваны воздействием прямых солнечных лучей на таяние вертикальных трещин на экваторе. Видные отметины, перекрещивающие Европу (называемые lineae) являются еще одной важной особенностью, которая, как считается, в основном является особенностями альбедо.
Более крупные полосы имеют ширину более 20 км (12 миль), часто с темными диффузными внешними краями, регулярными полосами и центральной полосой из более светлого материала. Наиболее вероятная гипотеза гласит, что эти линии могли быть вызваны серией извержений теплого льда, когда европейская кора расползлась, открывая более теплые слои под ними - подобно тому, что происходит в океанических хребтах Земли.
Другая возможность состоит в том, что ледяная кора вращается немного быстрее, чем ее внутреннее пространство, что возможно благодаря тому, что подземный океан отделяет поверхность Европы от его каменистой мантии и эффект гравитационного растяжения Юпитера на внешней ледяной коре Европы. В сочетании с фотографическими данными, свидетельствующими о субдукции на поверхности Европы, это может означать, что ледяной внешний слой Европы ведет себя как тектонические плиты здесь, на Земле.
Другие функции включают в себя круглые и эллиптические lenticulae (В переводе с латыни «веснушки»), которые относятся к множеству куполов, ям и гладких или шероховатых темных пятен, которые пронизывают поверхность. Вершины купола выглядят как кусочки старых равнин вокруг них, что говорит о том, что купола образовались, когда равнины были вытолкнуты снизу.
Одна из гипотез этих особенностей заключается в том, что они являются результатом того, что теплый лед проталкивается через внешний ледяной слой, почти так же, как магматические камеры прорываются сквозь земную кору. Гладкие элементы могут быть образованы талой водой, попадающей на поверхность, в то время как грубые текстуры являются результатом того, что небольшие фрагменты более темного материала переносятся вдоль. Другое объяснение состоит в том, что эти особенности расположены на огромных озерах с жидкой водой, которые заключены в кору - в отличие от ее внутреннего океана.
Поскольку мореплаватель Миссии пролетели мимо Европы в 1979 году, ученые также знали о многих стейках из красновато-коричневого материала, которые покрывают трещины и другие геологически молодые объекты на поверхности Европы. Спектрографическое свидетельство предполагает, что эти полосы и другие подобные особенности богаты солями (такими как сульфат магния или гидрат серной кислоты) и были осаждены испаряющейся водой, которая появилась изнутри.
Ледяная кора Европы дает альбедо (светоотражение) 0,64, одно из самых высоких значений среди лун. Уровень радиации на поверхности эквивалентен дозе около 5400 мЗв (540 бэр) в день, которая может вызвать тяжелую болезнь или смерть у людей, подвергшихся воздействию в течение одного дня. Температура поверхности составляет около 110 K (-160 ° C; -260 ° F) на экваторе и 50 K (-220 ° C; -370 ° F) на полюсах, что делает ледяную корку Европы твердой, как гранит.
Подземный океан:
Научный консенсус заключается в том, что под поверхностью Европы существует слой жидкой воды, а тепло от приливного изгиба позволяет подповерхностному океану оставаться жидким. Присутствие этого океана подтверждается многочисленными доказательствами, первая из которых - модели, в которых внутренний нагрев вызван приливным изгибом в результате взаимодействия Европы с магнитным полем Юпитера и другими лунами.
мореплаватель а также Галилео Миссии также предоставили указания на внутренний океан, поскольку оба зонда предоставили изображения так называемых особенностей «хаосной местности», которые, как полагали, были результатом таяния подземного океана через ледяную кору. Согласно этой модели «тонкого льда», ледяная оболочка Европы может иметь толщину всего несколько километров или толщину до 200 метров (660 футов), что будет означать, что регулярный контакт между внутренней частью жидкости и поверхностью может происходить через открытые гребни ,
Однако эта интерпретация противоречива, так как большинство геологов, изучавших Европу, предпочитают модель «толстого льда», где океан редко (если вообще когда-либо) взаимодействует с поверхностью. Лучшим доказательством этой модели является исследование больших кратеров Европы, самые крупные из которых окружены концентрическими кольцами и, кажется, заполнены относительно плоским, свежим льдом.
Исходя из этого и рассчитанного количества тепла, генерируемого европейскими приливами, оценивается, что внешняя кора твердого льда имеет толщину приблизительно 10–30 км (6–19 миль), включая пластичный слой «теплого льда», который может означают, что жидкий океан под ним может быть около 100 км (60 миль) в глубину.
Это привело к оценкам объема океанов Европы, которые достигают 3 × 1018 м3 - или три квадриллиона кубических километров; 719,7 триллионов кубических миль. Это чуть более чем вдвое больше совокупного объема всех океанов Земли.
Еще одно свидетельство подземного океана было предоставлено Галилео орбитальный аппарат, который определил, что Европа имеет слабый магнитный момент, который индуцируется изменяющейся частью магнитного поля Юпитера. Напряженность поля, создаваемая этим магнитным моментом, составляет примерно одну шестую напряженности поля Ганимеда и в шесть раз превышает значение поля Каллисто. Существование индуцированного момента требует наличия слоя электропроводящего материала во внутреннем пространстве Европы, и наиболее правдоподобным объяснением является большой подземный океан жидкой соленой воды.
Европа также может иметь периодически возникающие струи воды, которые пробивают поверхность и достигают до 200 км (120 миль) в высоту, что более чем в 20 раз превышает высоту горы. Эверест. Эти перья появляются, когда Европа находится в самой дальней точке от Юпитера, и не видны, когда Европа находится в своей самой близкой точке к Юпитеру.
Единственная другая луна в Солнечной системе, имеющая похожие типы водяных паров, - это Энцелад, хотя предполагаемая скорость извержения в Европе составляет около 7000 кг / с по сравнению с около 200 кг / с для Энцелад.
Атмосфера:
В 1995 году Галилео Миссия показала, что Европа имеет тонкую атмосферу, состоящую в основном из молекулярного кислорода (O2). Поверхностное давление атмосферы Европы составляет 0,1 микропаскаля, или 10-12 раз это на Земле. Существование тонкой ионосферы (верхний слой атмосферы заряженных частиц) было подтверждено в 1997 году Галилеокоторый, казалось, был создан солнечной радиацией и энергичными частицами из магнитосферы Юпитера.
В отличие от кислорода в атмосфере Земли, Европа не имеет биологического происхождения. Вместо этого он образуется в процессе радиолиза, где ультрафиолетовое излучение магнитосферы Юпитера сталкивается с ледяной поверхностью, расщепляя воду на кислород и водород. Это же излучение также создает столкновительные выбросы этих продуктов с поверхности, а баланс этих двух процессов образует атмосферу.
Наблюдения за поверхностью показали, что часть молекулярного кислорода, получаемого в результате радиолиза, не выбрасывается с поверхности и удерживается благодаря своей массе и гравитации планеты. Поскольку поверхность может взаимодействовать с подповерхностным океаном, этот молекулярный кислород может попасть в океан, где он может помочь в биологических процессах.
В то же время водороду не хватает массы, которую необходимо удерживать как часть атмосферы, и большая часть теряется в космосе. Это ускользает от водорода вместе с частями атомного и молекулярного кислорода, которые выбрасываются, образует газовый тор вблизи орбиты Европы вокруг Юпитера.
Это «нейтральное облако» было обнаружено обоими Кассини а также Галилео космический корабль, и имеет большее содержание (количество атомов и молекул), чем нейтральное облако, окружающее внутреннюю луну Юпитера Ио. Модели предсказывают, что почти каждый атом или молекула в торе Европы в конечном итоге ионизируется, обеспечивая тем самым источник магнитосферной плазмы Юпитера.
Исследование:
Исследование Европы началось с летающих юпитеров Пионер 10 а также 11 космические аппараты в 1973 и 1974 годах соответственно. Первые фотографии крупным планом были низкого разрешения по сравнению с более поздними миссиями. Два мореплаватель В 1979 году зонды прошли через систему Юпитера, предоставив более подробные изображения ледяной поверхности Европы. Эти изображения привели к тому, что многие ученые размышляли о возможности существования под ним жидкого океана.
В 1995 году космический зонд Галилео начал свою восьмилетнюю миссию, которая должна была увидеть его на орбите Юпитера и обеспечить наиболее подробное исследование галилеевых лун на сегодняшний день. Это включало Миссия Galileo Europa а также Миссия тысячелетия Галилео, который выполнил множество тесных облетов Европы. Это были последние миссии в Европу, выполненные любым космическим агентством на сегодняшний день.
Однако догадка о внутреннем океане и возможность найти внеземную жизнь обеспечили высокий авторитет для Европы и привели к устойчивому лоббированию будущих миссий. Цели этих миссий варьировались от изучения химического состава Европы до поиска внеземной жизни в ее предполагаемых подземных океанах.
В 2011 году миссия Europa была рекомендована американским Планетарным научным опросом. В ответ НАСА заказало исследования для изучения возможности высаживания Европы в 2012 году, а также концепций облета Европы и орбитального спутника Европы. Опция орбитального элемента концентрируется на науке об «океане», в то время как элемент с множеством облетов концентрируется на химии и энергетике.
13 января 2014 года Комитет по ассигнованиям палаты представителей объявил о новом двухпартийном законопроекте, который включал финансирование на сумму 80 миллионов долларов США для продолжения концептуальных исследований миссии Европы. В июле 2013 года Лаборатория реактивного движения НАСА и Лаборатория прикладной физики представили обновленную концепцию полета в Европу (так называемый Европа Клипер).
В мае 2015 года НАСА официально объявило, что оно приняло Европа Клипер миссия, и показал инструменты, которые он будет использовать. Они будут включать в себя проникающий в лед радар, коротковолновый инфракрасный спектрометр, топографический томограф и спектрометр с ионной и нейтральной массой.
Цель миссии будет состоять в том, чтобы исследовать Европу, чтобы исследовать ее обитаемость и выбрать места для будущего посадочного аппарата. Он не будет вращаться по орбите вокруг Европы, а вместо этого будет вращаться по орбите вокруг Юпитера и совершит 45 полетов над Европой во время полета.
Планы миссии в Европу также содержали подробную информацию о возможном Euroba Orbiterроботизированный космический зонд, целью которого было бы охарактеризовать протяженность океана и его связь с более глубоким внутренним пространством. Полезная нагрузка прибора для этой миссии будет включать радиоподсистему, лазерный высотомер, магнитометр, зонд Ленгмюра и картографическую камеру.
Планы были также сделаны для потенциального Европа Ландер, роботизированный автомобиль, похожий на Viking, Марс Pathfinder, Дух, Возможность а также Любопытство роверы, которые изучали Марс в течение нескольких десятилетий. Как и его предшественники, Европа Ландер будет изучать обитаемость Европы и оценивать ее астробиологический потенциал, подтверждая существование и определяя характеристики воды внутри и под ледяной оболочкой Европы.
В 2012 году Юпитер Ледяной Лунный Исследователь (СОК) концепция была выбрана Европейским космическим агентством (ЕКА) в качестве планируемой миссии. Эта миссия будет включать в себя некоторые flybys из Европы, но больше внимания уделяется Ганимеду. Многие другие предложения были рассмотрены и отложены в связи с бюджетными проблемами и изменением приоритетов (например, исследование Марса). Тем не менее, постоянный спрос на будущие миссии является показателем того, насколько прибыльным астрономическое сообщество считает исследование Европы.
Обитаемость:
Европа стала одним из лучших мест в Солнечной системе с точки зрения потенциала для жизни. Жизнь могла бы существовать в его ледяном океане, возможно, существуя в окружающей среде, подобной глубоководным гидротермальным источникам Земли.
12 мая 2015 года НАСА объявило, что морская соль из подземного океана, вероятно, покрывает некоторые геологические особенности Европы, предполагая, что океан взаимодействует с морским дном. По мнению ученых, это может быть важно для определения того, может ли Европа быть пригодной для жизни для жизни, поскольку это будет означать, что внутренний океан может быть насыщен кислородом.
Энергия, обеспечиваемая приливным изгибом, стимулирует активные геологические процессы внутри Европы. Однако энергия приливного изгиба никогда не сможет поддержать экосистему в океане Европы, столь же большую и разнообразную, как основанная на фотосинтезе экосистема на поверхности Земли. Вместо этого жизнь на Европе, вероятно, будет сгруппирована вокруг гидротермальных вентилей на дне океана или под дном океана.
В качестве альтернативы он может существовать, цепляясь за нижнюю поверхность ледяного слоя Европы, во многом подобно водорослям и бактериям в полярных регионах Земли, или свободно плавать в океане Европы. Однако, если бы океан Европы был слишком холодным, биологические процессы, подобные тем, которые известны на Земле, не могли бы происходить. Точно так же, если бы это было слишком соленым, только экстремальные формы жизни могли выжить в его среде.
Существуют также доказательства, подтверждающие существование жидких водных озер в ледяной внешней оболочке Европы, которые отличаются от жидкого океана, который, как считается, существует дальше вниз. Если это подтвердится, озера могут стать еще одной потенциальной средой обитания для жизни. Но опять же, это будет зависеть от их средней температуры и содержания соли.
Кроме того, есть свидетельства того, что перекись водорода распространена по всей поверхности Европы. Поскольку перекись водорода распадается на кислород и воду в сочетании с жидкой водой, ученые утверждают, что это может быть важным источником энергии для простых форм жизни.
В 2013 году НАСА, основываясь на данных зонда Галилео, объявила об открытии «глинистых минералов», которые часто связаны с органическими материалами, на поверхности Европы. Они утверждают, что присутствие этих минералов могло быть результатом столкновения с астероидом или кометой, которая, возможно, даже прибыла с Земли.
Колонизация:
Возможность колонизации Европы человеком, которая также включает планы ее терраформирования, подробно изучалась как в научной фантастике, так и в научных целях. Сторонники использования луны в качестве места для расселения людей подчеркивают многочисленные преимущества, которые Европа имеет перед другими внеземными телами в Солнечной системе (такими как Марс).
Главным среди них является наличие воды. Хотя получить доступ к нему было бы сложно и потребовать бурения на глубине до нескольких километров, изобилие воды на Европе было бы благом для колонистов. Помимо обеспечения питьевой водой внутренний океан Европы может также использоваться для производства дышащего воздуха в процессе радиолиза и ракетного топлива для дополнительных миссий.
Наличие этой воды и водяного льда также считается причиной терраформирования планеты. Используя ядерные устройства, кометные удары или другие средства для повышения температуры поверхности, лед может быть сублимирован и образовывать массивную атмосферу водяного пара. Этот пар затем подвергнется радиолизу из-за воздействия магнитного поля Юпитера, превратив его в газообразный кислород (который будет оставаться близко к планете) и водород, который улетит в космос.
Однако колонизация и / или терраформирование Европы также представляет несколько проблем. Прежде всего, это большое количество радиации, исходящей от Юпитера (540 оборотов), которого достаточно, чтобы убить человека в течение одного дня. Поэтому колонии на поверхности Европы должны были бы быть широко экранированы или должны были бы использовать ледяной щит в качестве защиты, спускаясь под кору и живя в подземных местах обитания.
Кроме того, низкая плотность Европы - 1,314 м / с или в 0,134 раза превышает стандарт Земли (0,134 г) - также создает проблемы для населенных пунктов. Эффекты низкой гравитации являются активной областью исследования, основанной главным образом на длительном пребывании космонавтов на низкой околоземной орбите. Симптомы длительного воздействия микрогравитации включают потерю плотности кости, атрофию мышц и ослабленную иммунную систему.
Эффективные меры противодействия негативным последствиям низкой силы тяжести хорошо известны, включая агрессивный режим ежедневных физических упражнений. Тем не менее, все эти исследования были проведены в условиях невесомости. Таким образом, влияние пониженной гравитации на постоянных жителей, не говоря уже о развитии тканей плода и развитии детства для тех колонистов, которые родились на Европе, в настоящее время неизвестно.
Также предполагается, что на Европе могут существовать чужеродные организмы, возможно, в воде, лежащей под ледяной оболочкой Луны. Если это правда, человеческие колонисты могут вступать в конфликт с вредными микробами или агрессивными местными формами жизни. Нестабильная поверхность может представлять другую проблему. Учитывая, что поверхностный лед подвержен регулярным перьям и эндогенной шлифовке, стихийные бедствия могут быть обычным явлением.
В 1997 году проект Artemis - частное космическое предприятие, которое поддерживает создание постоянного присутствия на Луне - также объявил о планах колонизации Европы. Согласно этому плану, исследователи сначала установили бы небольшое основание на поверхности, а затем сверлили бы в ледяную корку Европан, чтобы создать подземную колонию, защищенную от радиации. До сих пор эта компания не имела успеха ни в одном из этих предприятий.
В 2013 году команда архитекторов, дизайнеров, бывших специалистов НАСА и знаменитостей (таких как Жак Кусто) собралась вместе, чтобы сформировать Objective Europa. По замыслу, похожему на Mars One, эта краудсорсинговая организация надеется набрать необходимый опыт, собрать деньги, необходимые для организации односторонней миссии на Луну Юпитера и создания колонии.
Цель Europa начала этап I своего проекта - «этап теоретических исследований и концепций» - в сентябре 2013 года. Если и когда этот этап будет завершен, они начнут последующие этапы - которые требуют детального планирования миссии, подготовки и выбора экипажа, и запуск и прибытие самой миссии. Их цель состоит в том, чтобы выполнить все это и посадить миссию на Европе между 2045 и 2065 годами.
Независимо от того, могут ли люди когда-либо называть Европу домом, для нас очевидно, что там происходит больше, чем может показаться из внешнего вида. В ближайшие десятилетия мы, вероятно, отправим на планету много зондов, орбитальных аппаратов и кораблей в надежде узнать, какие тайны она содержит.
И если текущая бюджетная среда не подходит для космических агентств, не исключено, что частные предприятия вступят в игру, чтобы получить их первыми. Если повезет, мы можем просто обнаружить, что Земля - не единственное тело в нашей Солнечной системе, способное поддерживать жизнь - возможно, даже в сложной форме!
У нас было много историй о Европе в журнале «Космос», включая историю о возможной подводной лодке, которая может быть использована для исследования Европы, и статью, в которой обсуждается, является ли океан Европы толстым или тонким.
Есть также статьи о Лунах Юпитера и Галилеевых Лунах.
Для получения дополнительной информации, проект НАСА Galileo имеет отличную информацию и изображения о Европе.
Мы также записали целое шоу только на Юпитере для Astronomy Cast. Послушайте это здесь, Эпизод 56: Юпитер и Эпизод 57: Луны Юпитера.
