Юпитер. История открытия и немного мифологии

В 1975 г. было известно о существовании всего 31 ес­тественного спутника планет Солнечной системы, к 1980 г. это количество составляло 41, а на сегод­няшний день общее число известных спутников планет рав­няется 128. Только семь из них можно назвать «гигантски­ми лунами». Их диаметры находятся в пределах от 3000 до 6000 км, т.е. по величине они сравнимы с планетой Мерку­рий. Это спутница нашей планеты — Луна, Титан (спутник Сатурна), Тритон (спутник Нептуна), а также четыре са­мых больших спутника Юпитера Ио, Каллисто, Ганимед, Ев­ропа, которые называют галилеевыми, так как они были открыты Галилео Галилеем в январе 1610 г., когда итальян­ский ученый впервые направил на небо свой телескоп.

Image

Остальные спутники, совсем крошечные, обычно меньше 1000 км в поперечнике, а размеры многих из них составляют всего несколько десятков км. Наиболее многочисленно семейство спутников Юпитера, да это и не удивительно: ведь и сам великан-Юпитер — ги­гантский газовый шар — самая крупная планета в нашей Солнечной системе, массой лишь немногим уступающая звез­де. У Юпитера на сегодняшний день открыт 61 спутник — почти половина из всех известных спутников планет. Вот как описал открытие самых ярких спутников Юпитера сам Гали­лео Галилей в своей книге «Sidereus Nuntius» («Звездный вестник»): «…я направил свой телескоп на Юпитер и заметил три слабых звездочки, которые привлекли мое внимание своей близостью к планете и расположением почти на одной прямой линии с Юпитером. В следующую ночь я опять отыс­кал эти же слабые звездочки около Юпитера и заметил, что они переменили свое положение относительно диска плане­ты, но не так, как это могло бы произойти от перемещения планеты между этими слабыми звездочками. Две ночи спус­тя мои догадки подтвердились, и я сделал вывод, что новые небесные тела представляют не неподвижные звезды, а дви­жущиеся небесные светила, которые сопровождают Юпитер в его собственном движении 13 января я заметал четвертое тело и в скором вре­мени я убедился, что эти четыре тела обращаются вокруг Юпитера».

 Image

Новооткрытые тела Галилей назвал «Медичийскими планетами», в честь сво­его покровителя Козьмы Медичи — Великого герцога Тосканского. Другой великий астроном, Кеплер, в 1618 г. отнес их к новому разряду небес­ных тел, назвав «спутниками планет», как именуют их и поныне.

Немецкий астроном Симон Мариус, на протяжении четырех лет оспаривая у Галилея приоритет открытия спутников Юпитера, назвал их с посвящением сво­им высочайшим патронам: «Sidera Brandenburgica» «Бранденбургские светила». И хотя Симон Мариус так и не стал первооткрывателем спутников Юпитера, именно он в 1614 г. дал четырем из них имена: Ио, Европа, Каллисто и Ганимед, которые были приняты астрономической наукой. Более того, эти названия поро­дили традицию, предопределившую мифологические корни имен большинства спутников, открытых позже.

Все предложенные Мариусом названия для спутников Юпитера — это имена персонажей греческой мифологии, так или иначе связанных с верховным божес­твом древних греков — Зевсом, который у римлян трансформировался в Юпите­ра. Царевны Ио и Европа были героинями любовных историй Зевса, а царевич Ганимед, взятый за свою неописуемую красоту на небо, был виночерпием Зевса. В аркадскую нимфу Каллисто Зевс был безумно влюблен, и ревнивая Гера прев­ратила нимфу в медведицу.

К тому времени, когда Мариус да­вал имена спутникам Юпитера, ан­тичная мифология уже давно и проч­но утвердилась в наименованиях не­бесных объектов. Удача же Мариуса заключалась в том, что он выбрал имена таких мифологических персо­нажей, которые были, во-первых, тесно связаны с Зевсом — Юпитером и, во-вторых, по своему мифологи­ческому рангу располагались ниже этого главенствующего бога. Подоб­ный выбор хорошо отражал реаль­ные соотношения планеты и ее спут­ников.

Таким образом, Симон Мариус и определил правила, применявшиеся впоследствии. Новооткрытые спут­ники получали имена мифологичес­ких персонажей, связанных с бо­жеством, имя которого носила сама планета.

Характеристики спутников

Основные характеристики галилеевых спутников Юпитера и элементы их орбит приведены в таблице 1. Все они движутся в плоскости экватора Юпите­ра по почти круговым орбитам и достаточно близки к Юпитеру, чтобы их те­ни падали на поверхность планеты, когда спутники проходят между ней и Солнцем.

Движение галилеевых спутников весьма интересно и сложно для описания за­конами небесной механики. Его характерные особенности заметил еще Лаплас в 1794 г. Периоды обращения Ио и Европы составляют примерно 1,77 и 3,55 суток соответственно, т. е. относятся друг к другу как 1:2. Периоды обращения Европы и Ганимеда — 3,55 и 7,15 суток, т.е. также находятся в соотношении 1:2. Таким образом, в системе галилеевых спутников имеется тройной резонанс 1:2:4.

 

Таблица 1 Краткая характеристика галилеевых спутников

 

Название спутника

Расстояние

от поверхности

Юпитера

(тыс. км)

Период обращения вокруг Юпитера

(земные сутки)

Диаметр, (км)

Плотность,

(г/см3)

Ио

421,8

1,77

3640

3,5

Европа

671,1

3,55

3050

3,1

Ганимед

1070,4

7,16

5270

1,9

Каллисто

1882,8

16,7

4840

1,8

 

Лаплас открыл и другие закономер­ности в их движении и сформулировал две теоремы. Теперь они носят назва­ние законов Лапласа, из которых выво­дятся интересные кинематические следствия. Например, три внутренние галилеевы спутника не могут находить­ся в тройном соединении, т.е., располагаться на одной прямой с Юпитером по одну сторону от планеты.

Движение галилеевых спутников оп­ределяется, в основном, гравитацион­ным притяжением планеты, рассматри­ваемой как точечная масса, и возмуще­ниями от сильного взаимодействия спут­ников друг с другом. Всего теория дви­жения галилеевых спутников содержит более тридцати физических параметров.

Первые межпланетные станции для исследований галилеевых спутников и первые сенсационные снимки

С началом новой фазы в развитии планетной астрономии — переходом от наземных телескопических наблюде­ний планет и их спутников, к непо­средственному их посещению — не бы­ли обойдены вниманием Юпитер и его спутники. В 1971 г. была запущена ав­томатическая межпланетная станция (АМС) Pioneer-Ю, а через год — Pioneег-11. В насыщенной научной програм­ме, которую выполняли эти аппараты, были предусмотрены и наблюдения в окрестностях Юпитера. Pioneer-10 ока­зался вблизи третьего спутника (Ганимеда) уже в декабре 1973 г. Конечно, сближение было относительным, так как АМС изучала Ганимед с расстоя­ния 750 000 км. Но все же не с расстоя­ния в почти 1 млрд. км, которое отделя­ет Юпитер и его свиту от астрономов Земли!

Image

В апреле 1974 г. Pioneer-11 пролетел на расстоянии 42 000 км от поверхнос­ти Юпитера.

В дальнейшем в окрестностях Юпите­ра побывали межпланетные станции Vo­yager-1 (1977 г.), Voyager-2 (1977 г.), Ga­lileo (1989 г.) и Cassini-Huygens (1997 г.). Из всех перечисленных АМС только Galileo был предназначен для длитель­ного изучения Юпитера.

Первые фотографии поверхности га­лилеевых спутников оказались сенса­ционными. Земляне впервые увидели разнообразный рельеф поверхности, существенно отличающийся у каждого из спутников Юпитера. На Ио была вы­явлена активная вулканическая дея­тельность (Voyager-1, 1979 г.), на жел­товатой поверхности Европы обнару­жена густая сетка выпуклых трещин.

На фотографиях темной поверхнос­ти Ганимеда и Каллисто зафиксирова­ны светлые следы многочисленных ме­теоритных ударов. Судя по первым снимкам, сделанным Pioneer-Ю, лед и каменистые породы лежат на повер­хности Ганимеда черезполосно, учас­тками протяженностью в сотни кило­метров. Снимок Ганимеда, переданный аппаратурой Pioneer-Ю, показывает, что этот спутник Юпитера имеет атмосферу. Поверхность всех галилеевых спут­ников, за исключением экваториаль­ных поясов Ио, где происходят вулка­нические извержения, очень холодная, температура там не превышает -150 С. Подобно Луне, все эти спутники обра­щены к планете одной стороной.

Сюрпризы «первого» галилеевого спутника

Из всех 128 спутников планет осо­бенно привлекательны семь самых крупных: Луна (единственный естес­твенный спутник Земли), четыре гали­леевых спутника Юпитера (Ио, Европа, Ганимед, Каллисто), крупнейший спутник Сатурна Титан и спутник Неп­туна Тритон. Природа этих спутников по-прежнему таит немало загадок, а бо­лее близкое знакомство с ними препод­носит нам множество сюрпризов. О не­которых неожиданных открытиях и сюрпризах космических миссий к сис­теме спутников Юпитера и предлагает­ся этот небольшой обзор.

Галилеев спутник Ио лидерство «первого», т.е. ближайшего к Юпитеру спутника удерживал более 280 лет. Лишь в 1892 г. Э. Барнард открыл пя­тый спутник (Амальтею), орбита кото­рого проходит на 240 000 км ближе к поверхности Юпитера, чем у Ио.

Почти одновременно с открытием радиационных поясов Земли (1958 г.) было обнаружено и дециметровое радио­излучение Юпитера. Возникло подо­зрение, что и у Юпитера имеются ради­ационные пояса и, что источник деци­метрового радиоизлучения находится в них. В 1964 г. было показано, что радио­излучение исходит из пространства, намного превышающего диаметр Юпи­тера. Кто мог тогда предположить, что вокруг этой планеты расположен ги­гантский природный ускоритель час­тиц, в действии которого принимают участие галилеевы спутники?

Радиационные пояса через магни­тосферу (открыта Pioneer-10) связаны с планетой. Магнитосфера Юпитера со­стоит из трех зон. Дипольное магнит­ное поле преобладает и простирается примерно на расстояние до 1,2 млн. км. Эта часть магнитосферы обращается вместе с планетой с периодом 10 часов и сродни увеличенным в 100 раз земным радиационным поясам. Магнитосфера и радиационные пояса Юпитера — это гигантский природный ускоритель за­ряженных частиц. Радиационные поя­са Юпитера имеют сложную структуру. Составляющие ее частицы образуют как бы изолированные полости вокруг планеты. Измерения, выполненные на АМС Pioneer-11 (трасса пролета была построена иначе, чем у Pioneer-Ю) по­казали, что на процессы во внутренней части пояса активно влияет один из крупнейших спутников Юпитера — Ио, и отчасти следующий — Европа.

Ио обращается в самом радиацион­ном поясе на расстоянии 422 000 км от центра планеты. Еще Pioneer-Ю в 1973 г. обнаружил, что у этого спутника есть ионосфера — заряженный электричес­твом верхний слой атмосферы. Как это влияет на работу самой гигантской «ра­диостанции», именуемой Юпитером? Решением этой задачи занялся Pioneer-11, но уже 1974 г. Ученые Калифорний­ского университета (США) обработав данные, полученные от этой космичес­кой станции, пришли к выводу, что си­ловые линии колоссального магнита, которым служит Юпитер, проходят как раз «сквозь» его спутник Ио. А сам спутник, представляет собой что-то вроде реостата.

Когда Ио, двигаясь по своей орбите, пересекает магнитное поле Юпитера, ионосфера спутника «сортирует» ско­пившиеся там заряды: положительные оказываются по одну его сторону, а от­рицательные — по другую. Так между ними образуется электрический потен­циал, достигающий 400 киловольт. Стоит Ио занять в небе Юпитера опре­деленную позицию, как возникает мощный разряд, электрический ток в миллионы ампер устремляется по магнитно-силовым линиям от спутни­ка к планете. Ионосфера самого Юпи­тера отражает этот поток к Ио, а отту­да он мчится обратно, замыкая элек­трический контур. Вот тут и возника­ет буря энергичных электронов и вспышка в дециметровом диапазоне радиоволн. Мощность этой энергосис­темы в 20 раз превышает суммарную мощность всех земных электростан­ций. Это и есть то дециметровое радио­излучение Юпитера, которое было за­фиксировано на Земле еще в конце 50-х годов.

То, что у Юпитера есть магнитное по­ле и ионосфера, означает, что на нем должны быть полярные сияния. Вот их то и обнаружил Voyager-1, причем не там, где в это время стояла ночь, а на дневной стороне Юпитера.

Когда же Voyager-1 миновал плане­ту, фотокамера установленная на бор­ту станции засняла (теперь уже на ночной стороне) гигантскую дугу по­лярного сияния, протянувшуюся на 30 000 км — у нас на Земле дело небы­валое! Да и яркость этой дуги намного превышала те сияния, что видят наши полярники. «Поджигателем» такого великолепного фейерверка служит, конечно же, галилеев спутник Ио: си­яния явно возникают там, где «баран­ка» ионизированной серы Ио проеци­руется на атмосферу Юпитера вдоль его магнитных линий.

Полярные сияния обнаружены и в ионосфере Ио, они были зафиксирова­ны в мае 1998 г. аппаратурой Galileo. В 1974 г. астрономами-наблюдателя­ми Н. Б. Ибрагимовым и А. А. Атаи (Шемахинская астрофизическая обсер­ватория, Азербайджан) с помощью 2-метрового телескопа и мощного спек­трографа был зафиксирован не только натрий в излучении от поверхности Ио, но также кальций, магний и железо.

Серия спектрограмм спутника, полу­ченная с помощью эшелеспектрографа , установленного на 1,5-метровом реф­лекторе обсерватории Маунт Хопкинс, американскими астрономами Р. Брау­ном и Ф. Чаффи, подтвердила наличие эмиссионной линии желтого дублета натрия в разряженной атмосфере спут­ника. В декабре 1976 г. снимки натрие­вых облаков, окружающих Ио, были получены в Лаборатории реактивного движения (США) на 60-сантиметровом телескопе обсерватории Тейбл-Маунтин в Калифорнии. Долгие годы иссле­дователи искали причины появления этих облаков, а также наличия в разра­женной атмосфере спутника других ме­таллов. Ни у одной из атмосфер планет Солнечной системы свечения натрия по­ка не наблюдалось. Не было оно обнаружено и у соседей Ио: Европы, Ганимеда и Каллисто. А разгадка пришла только после того, как 5 марта 1979 г. приборы Voyager-1 зафиксировали извержения, по крайней мере, шести вулканов на Ио.

Таким образом, выявленные еще наземными наблюдениями в 1974 г. линии излу­чения натрия и других металлов в спектре спутника и вдоль его орбиты, скорее всего, связаны именно с извержениями вулканов на спутнике Ио (натриевые об­лака были обнаружены вдоль орбиты Ио на расстояниях до 34 радиусов Юпитера = 4,9 млн. км).

Анализ и решение многих поставленных планетологией задач показывают, что наиболее существенным источником новой и важной информации по-преж­нему остаются космические исследования планет и их спутников с помощью ав­томатических межпланетных станций и спускаемых на поверхность этих небес­ных тел аппаратов.

 

Анатолий Житецкий

Оцените статью
АстроЭра
Добавить комментарий