Ганимед

Галилеевы спутники

Данной статьей я завершаю рубрику «Планеты», где кратко коснусь параметров галилеевых спутников с упором на плотность.

Четыре спутника, которые отличаются от остальных большими размерами и массой, движутся почти по круговым орбитам в плоскости экватора Юпитера. Все галилеевы спутники повернуты к Юпитеру одной и той же стороной (находится в приливном захвате).

Важная деталь, на которую указывают источники: «Для галилеевых спутников характерна закономерность – чем дальше спутник расположен от Юпитера, тем ниже его средняя плотность и тем больше на (в) нём воды (в твёрдом или жидком состояниях). Одна из гипотез объясняет это тем, что в ранние эпохи эволюции cолнечной системы Юпитер был гораздо горячее и летучие соединения (в том числе водяной пар) выметались из областей, близких к планете». [1].

Интересно было бы узнать у авторов гипотезы: почему данная метла очень плохо поработала на Европе, находящейся на расстоянии от Юпитера 671 тыс. км, которая вся покрыта ледяным панцирем, а Ганимед и Каллисто по внешнему виду далеко не ледяные спутники. Посмотрите на фотографии данных спутников, отснятых космической станцией «Галилео»

галилеевы спутники

Рис. 1. Галилеевы спутники Юпитера. Слева направо: Ганимед, Каллисто, Ио, Европа. Credit: NASA/JPL/DLR

Количество льда по массе растет от нуля на Ио до 50% на Каллисто (0; 8.4; 42,5; 50) [2]. Лед, как мы знаем легкоплавкий материал, отсюда сразу возникает вопрос: Почему на Ганимеде и Каллисто границы кратеров имеют неправильную, изрезанную форму? При ледяном панцире такого не должно быть, лед при ударе метеорита плавится, и тогда мы должны получить ледяные линзы идеальной формы. А что мы видим – сплошное бомбометание. Поверхность Каллисто одна из самых сильно кратерированных в солнечной системе [3]. Плотность кратеров на поверхности спутника настолько велика, что почти каждый новый ударный кратер накладывается на старый или ложится так близко, что его разрушает.

Еще одна фраза из источника [2]: «Парадоксальны отражающие свойства поверхности галилеевых спутников: альбедо падает от 0,65 для Ио и Европы до 0,19 для Каллисто». Как такое возможно, чем больше льда, тем он меньше имеет отражательную способность? И это не единственный парадокс.

Крупнейший спутник Юпитера Ганимед, который по своим размерам на 8% больше планеты Меркурий, но масса Ганимеда составляет всего 45% массы Меркурия. При этом Меркурий разогрет, как бифштекс на сковородке (даже сильнее), а Ганимед заморожен, как мамонт в Антарктиде (гораздо сильнее). Тем не менее, Ганимед провально уступает по массе Меркурию.

Та же самая картина с Каллисто второго по величине в спутниковой системе Юпитера. Диаметры Каллисто и Меркурия фактически равны, но масса Каллисто составляет только треть от массы планеты. Каллисто имеет среднюю плотность около 1,83 г/см3 и состоит из приблизительно равного количества камня и льдов [4]. После таких расчетов у астрофизиков сложилось мнение в наличии воды под поверхностью Ганимеда и Каллисто.

Ганимед

Рис. 2. Ганимед

Если посмотреть на разрез главного спутника Юпитера Ганимед, то увидим совершенно идентичную картинку с Титаном, спутником Сатурна, та же прослойка из воды, зажатая между ледяными шарами. Плотность Ганимеда почти такая же, как и у Титана (1936 кг/м3,справочно). В статье: «Титан спутник» [5] я уже показал, откуда такое количество гипотетической воды в спутнике Сатурна – это результат подгонки плотности под расчет по формуле всемирного тяготения. В данной формуле гравитационная постоянная – величина постоянная и неизменная, на самом деле она зависит от энергонасыщенности небесных тел и есть величина переменная. Чем дальше от планеты расположена орбита спутника, чем меньше он накачивается энергией Юпитера, тем меньше его энергетический коэффициент. С Ганимедом и Каллисто я вижу полную аналогию указанной ошибки. Никакая вода никуда «не выметалась» и никому не добавлялась, на самом деле все гораздо банальней и связано это с энергией спутников. Ганимед и Каллисто каменные спутники, а в центре содержат железные ядра.

Расчет для Ганимеда

Параметры (справочник):

R=1,0704·109 м – большая полуось,

m=1,4819·1023 кг – масса,

ρ=1,936 кг/м3 – плотность,

g=1,428 м/с2 ускорение свободного падения,

V=7,6·1019 м3– объем,

r=2,634·106 м – радиус,

Θ=110 К – средняя температура.

Найдем энергетический коэффициент Gдля Ганимеда, как отношение его средней температуры к максимально возможной температуре:

 

Ганимед                                                               (1)

 

G/GT=6,67/2,5=2,668

 

Как видим данный коэффициент меньше гравитационной постоянной в 2,668 раза. Отсюда масса Ганимеда должна быть

 

MG=2,668·1,4819·1023кг=3.9537·1023кг                                                                               (2)

 

Соответственно, плотность Ганимеда

 

ρ=M/V=3,9537·1023 кг/7,6·1019 м3=5202 кг/м3                                                                    (3)

 

После данного расчета плотность Ганимеда вписалась в плотность спутников и планет солнечной системы. Расчетная плотность уравнивает шансы Ганимеда и Меркурия.

Найдем ускорение свободного падения на поверхности Ганимеда.

Ганимед                                             (4)

 

Подставим новые значения GE и массы Ганимеда в формулу закона всемирного тяготения и определим силу тяготения между Юпитером и Ганимедом.

Энергетический коэффициент GE (для Юпитера и Ганимеда) будет равен:

Ганимед                                                            (5)

Ганимед                        (6)

 

 

Расчеты для Каллисто аналогичны, поэтому они не приводятся. Для сравнения, сведем полученные физические параметры и справочные параметры спутников в таблицы.

Таблица 1

 

Ганимед

 

 

Масса

(кг)

 

Энергетический коэффициент GE

 

Ускорение своб. падения, g (м/с2)

 

Плотность

ρ (кг/м3)

Параметры

Новые

 

 

3,9537·1023

 

2,5·10-11

 

1,4246

 

5202

 

Параметры

справочные

 

1,4819·1023

G (Нм2/кг2)

6,67·10-11

 

1,428

 

1936

 

 

Таблица 2

 

Каллисто

 

 

Масса

(кг)

 

Энергетический коэффициент GE

 

Ускорение своб. падения, g (м/с2)

 

Плотность

ρ (кг/м3)

Параметры

Новые

 

 

2,3455·1023

 

3,05·10-11

 

1,35

 

3975

 

Параметры

справочные

 

1,0759·1023

G (Нм2/кг2)

6,67·10-11

 

1,235

 

1834

 

 

Каллисто, параметры (справочник):

m=1,075938·1023 кг – масса,

ρ=1,834 кг/м3 – плотность,

g=1,235 м/с2 ускорение свободного падения,

V=5,9·1019 м3– объем,

Θ=134 К – средняя температура.

 

Магнитосфера Ганимеда

Космический аппарат «Галилео» с помощью магнитометра обнаружил присутствие магнитных полей на всех четырех галилеевых спутниках. Особенно сильным оно оказалось у Ганимеда, способное создать свою магнитосферу внутри магнитного поля Юпитера. Величина магнитного момента составляет 1,3×1013 Тл·м3, что втрое больше, чем у Меркурия [6]. Благодаря этому над его полярными областями можно очень часто наблюдать северные сияния.

Открытие магнитных полей стало очередной загадкой для ученых. Учитывая, что они «обнаружили» большое количество льда и воды в галилеевых спутниках (кроме Ио), то возникла гипотеза, что под их поверхностью может скрываться жидкий океан. А поскольку в нем должны протекать электрические токи для индуцирования магнитного поля, то океан должен иметь большое количество солей. Эта гипотеза является основной и претендует на теорию. Но так ли это?

Выше я показал, что Каллисто и Ганимед – это каменные спутники с плотностью силикатных пород, поэтому в их недрах не может быть никаких океанов. Если была бы вода, то ее гравитационными и приливными силами должно было выдавить на поверхность. В результате, все спутники должны быть похожи на Европу с большим альбедо. Если это не так, то в какой среде протекают электрические токи, индуцирующие магнитное поле? Хочу заметить, что в нашей Земле также нет никаких водно-солевых океанов, но магнитное поле Земли весьма сильное. Как возникает магнитное поле Земли показано в статье: «Магнитное поле Земли» [7], где подробно описана технология его возникновения. Следует отметить, что на маленьком Ио, где действия вулканизма весьма похожи на земные условия, с разливами базальтовой лавы, также обнаружено магнитное поле. Очевидно, данное поле формируется в базальтовой магме. Точно по такой же схеме индуцируется магнитное поле Ганимеда и Каллисто.

В формировании магнитосферы галилеевых спутников участвуют три составляющие: вращение вокруг своей оси; сила притяжения Юпитера; нагрев одного полушария от Солнца. За счет этих составляющих происходит движение магмы внутри спутников, трение ее с корой создает трибозарядку (разделение зарядов), а затем их пробой в виде молний, которые индуцируют пульсирующее магнитное поле.

В разреженной атмосфере Ганимеда присутствует кислород, поэтому снова заходит речь о колонизации. Несмотря на то, что кислорода крайне мало для поддержания жизни, но говорят, потенциал для терраформирования у спутника имеется. Ганимед самый большой спутник в солнечной системе и единственный спутник Юпитера, обладающий магнитосферой способной защитить потенциальных колонизаторов от губительного воздействия радиации. В предыдущей статье о Титане я уже высказал свое отношение к колонизации на других планетах и спутниках. В ближайшем, да и в отдаленном будущем я не вижу смысла заниматься преобразованием планет, т.к. мы же разумные homo sapiens и вполне можем урегулировать свою жизнедеятельность на нашей прекрасной Земле.

Ио спутник

Ио спутник

Рис. 3. Снимки телескопа Хаббл. Извержение вулкана.

Для Ио и Европы расчеты проделывать пока нет смысла, т.к. плотность их вещества гораздо больше воды (Ио – 3,528 кг/м3; Европа – 3,014кг/м3). Данные спутники исследовались космическими аппаратами с близкого расстояния и их физические параметры измерены наиболее тщательно, на основе которых вычислены массы. Цитата: «Первыми космическими аппаратами, которые сблизились с Ио, были аппараты-близнецы «Пионер-10» и «Пионер-11», пролетавшие возле неё 3 декабря 1973 года и 2 декабря 1974 года соответственно. Радиослежение за ними позволило уточнить массу Ио. При помощи «Пионеров» удалось также заметить тонкий слой атмосферы Ио и интенсивный радиационный пояс возле её орбиты» [8].

К сказанному и прочитанному относительно плотности и массы Ио должен добавить маленькую ложку дегтя. Во всех источниках говорится, что Ио имеет самую большую плотность среди галилеевых спутников и состоит из силикатных пород, а не водяного льда. Соответствует ли это действительности? Почему же такая высокая плотность вещества у Ио и, за компанию, у Европы, с чем это связано? Ответ на данный вопрос находим в источнике [9], цитата: «Вся поверхность планетоида покрыта разноцветными лавовыми потоками, многие из которых окрашены в желто-оранжевые тона благодаря примесям серы. Это небесное тело расположено в пять раз дальше от Солнца, чем Земля, поэтому на его поверхности довольно холодно. В наиболее теплой, экваториальной области температура не поднимается выше –50°С. На фоне такой холодной поверхности имеется множество теплых и даже горячих[1] участков с температурой от 0 до +30°С, нагретых в результате вулканической деятельности. В некоторых кратерах наблюдаются лавовые озера с температурой +1100° С, что указывает на силикатную лаву, то есть не c серой, а с расплавленным каменным материалом, подобным лавам на Земле. Среди вулканов Ио весьма примечателен Прометей, извержение которого длится 20 лет. В греческом мифе Прометей похитил у богов огонь, чтобы дать его людям, а его тезка на Ио неустанно раздает вулканический жар. Крупнейший в Солнечной системе активный поток лавы находится как раз на этом спутнике Юпитера. Он протянулся на 500 км от действующего вулкана Амирани.

При извержениях на Ио из недр выбрасывается гораздо больше энергии, чем при типичной вулканической деятельности на Земле. Более того, вулкан Локи, например, мощнее, чем все земные вулканы, вместе взятые. Почему же на сравнительно небольшом спутнике (его диаметр – 3 630 км, это чуть больше, чем у Луны) поддерживается такая бурная вулканическая активность? Разгадка кроется не в самой Ио, а в ее соседе Юпитере – крупнейшей планете солнечной системы – и эллиптичности ее орбиты. Этот гигант, масса которого в 592 раз[2] больше, чем у Земли, постоянно сжимает спутник в объятиях своего гравитационного поля, оказывая на него столь сильное приливное воздействие, что поверхность Ио прогибается с амплитудой 500 м». (Конец цитаты).

Ио самая горячая луна в солнечной системе, отсюда следует, что у нее повышенная гравитация. Это явление пропорционально отразилось на разности частот с использованием эффекта Доплера, при сближении космической станции с Ио. По доплеровскому сдвигу была определена сила притяжения между станцией и спутником, а затем с использованием формулы всемирного тяготения была вычислена масса, а затем и плотность.

Кроме указанных аппаратов за Ио следил «Галилео». Из 35 оборотов вокруг Юпитера «Галилео» сближался с Ио для его изучения, а 17 января 2002 года он приблизился на максимальное близкое расстояние – 102 км [8].

Спутник Ио, в геологическом плане, самый активный в солнечной системе. На нем обнаружено более 400 вулканов с обширными потоками базальтовой лавы. Разогрев недр спутника обусловлен трением, которое происходит, из-за приливных гравитационных воздействий со стороны Юпитера, Европы и Ганимеда. Выбросы вулканов диоксида серы настолько сильны, что поднимаются на высоту до 500 километров. На Ио имеется более сотни гор, которые образовались благодаря сжатию в основании силикатной коры спутника, некоторые из пиков выше горы Джомолунгмы в два раза [8].

В отличие от земных вулканов, у которых мощные извержения эпизодичны, вулканы на Ио работают практически, не переставая, хотя активность их может меняться, вулканы и гейзеры выбрасывают часть вещества даже в космос.

Вот эта энергия позволила экспериментаторам в измерениях и своих расчетах приблизиться к реальным значениям.

Европа

Очередной парадокс с Европой, обратная картина, на снимках виден ледяной спутник, а источники указывают на то, что «она состоит в основном из силикатных пород и, таким образом, схожа по составу с планетами земной группы». Имея среднюю плотность – 3,013 г/см3, обладает массой, превосходящей все известные спутники в солнечной системе, уступающих ей размерами, вместе взятых [10].

При этом утверждается, что Европа содержит меньше льда, чем остальные крупные спутники Юпитера. Безусловно, я не могу с этим согласиться, что и было доказано выше. По размеру Европа немногим меньше земной Луны. Имея диаметр 3122 км, она занимает шестое место по величине среди спутников и пятнадцатое – среди всех объектов солнечной системы. Это самый маленький из галилеевых спутников. Поверхность состоит изо льда и является одной из самых гладких в Солнечной системе; на ней очень мало кратеров, но много трещин [11].

Так мало или много на Европе льда, я думаю гораздо больше всех спутников Юпитера вместе взятых. А под ледяной корой находится силикатная кора, под которой имеется и расплавленная магма. Нагрев Европы аналогичен, как на Ио, за счет приливного трения. Европа отстоит от Юпитера на гораздо большем расстоянии, поэтому ее недра разогреваются слабее. Эпизодически, при приближении и удалении от Юпитера, появляются плюмы (восходящие тепловые потоки), которые локально разогревают силикатную оболочку, а затем происходит плавление льда снизу. После чего появляется пар, который по мере накопления куполообразно, в соответствии с рельефом, поднимает ледяную оболочку, которая трескается и на поверхность выстреливают гейзеры. Вместе с паром выбрасываются твердые частицы силикатной породы. Вот поэтому трещины окрашены коричневым цветом. Это является причиной эндогенной геологической активности Европы, напоминающей тектонику земных плит.

Вопрос: почему на Европе нет следов ударных кратеров, в то время как на других спутниках их огромное количество? Сравните с Каллисто, наука говорит, что Каллисто завален льдом (50%), но на нем, что называется, нет живого места. А Европа чиста, как, чуть помаранный, белый лист, притом все галилеевы спутники образованы приблизительно в одну эпоху. Вот здесь сказывается эффект легкоплавкости льда Европы. Любой астероид или метеорит входит, не совсем как нож в масло, но проходит довольно легко ледяную кору, расплавляя ее на ходу. Образовавшийся шрам тут же заплавляется водой и после замерзания, вот вам новая гладкая поверхность.

В центре спутника, вероятно, имеется железное ядро, но водных океанов в Европе вряд ли удастся обнаружить.

Заключение

В рубрике «Планеты» были проведены расчеты для всех планет солнечной системы на предмет соответствия массы, плотности, ускорения свободного падения и энергетического коэффициента (гравитационной постоянной). Учитывая, что гравитационная постоянная – величина не постоянная, зависящая от энергонасыщенности небесных тел, то были скорректированы физические параметры планет (В статье «Нептун планета» приведена сводная таблица физических параметров всех планет). В итоге маленькая и разогретая планета Меркурий, вращающаяся на самой близкой солнечной орбите, стала иметь меньшую массу, чем превосходящие ее по объему Титан и Ганимед, находящиеся в разы на удалении от Солнца. Масса Меркурия – 3,23·1023 кг, масса Титана – 4,2·1023  кг, масса Ганимеда – 3,9537·1023 кг. Соответственно возросла и плотность планет и спутников, что, по крайней мере, не противоречит логике и физике. Теперь не нужно прибегать к подземным океанам и пустотам для объяснения парадоксов, их просто не должно быть!

Закон всемирного тяготения, применяемый до сего времени в расчетах – нарушается! Это частный закон для одной температуры гравитационно взаимодействующих тел.

Источники

  1. Галилеевы спутники, Википедия / URL: https://goo.gl/SkWsBY
  2. Галилеевы спутники, Астронет / URL: http://www.astronet.ru/db/msg/1191474
  3. Zahnle, K., Dones, L., Cratering Rates on the Galilean Satellites, Sciencedirect PDF, 1998 / URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0019103598960158?via%3Dihub
  4. Каллисто спутник, Википедия / URL: https://goo.gl/ZN1Ess
  5. Ершов Г,Д., Титан спутник, Гравитация / URL: http://gennady-ershov.ru/planety/titan-sputnik.html
  6. Kivelson, M.G., Khurana, K.K., Coroniti, F.V. et al. (2002). The Permanent and Inductive Magnetic Moments of Ganymede / URL: http://www.igpp.ucla.edu/people/mkivelson/Publications/ICRUS1572507.pdf
  7. Ершов Г,Д., Магнитное поле Земли, Гравитация / URL: http://gennady-ershov.ru/zemlya/magnitnoe-pole-zemli.html#more-959
  8. Ио, Википедия / URL: https://goo.gl/h3wpGF
  9. Вулканы в Солнечной системе, научные статьи / URL: http://galspace.spb.ru/nature.file/vulk.html
  10. Галилеевы спутники: Европа, Galspace / URL: http://galspace.spb.ru/index463.html
  11. Европа спутник, Википедия / URL: https://goo.gl/qbXBM8

 

В рубрике «Планеты» опубликованы следующие статьи.

Содержание. Гл.10 Планеты

  1. Планеты земной группы. Земля
  2. Марс планета
  3. Меркурий планета
  4. Перигелий Меркурия
  5. Венера планета
  6. Сатурн планета
  7. Планеты гиганты Юпитер
  8. Уран планета
  9. Нептун планета
  10. Титан
  11. Ганимед

[1] Выделено автором

[2] В оригинале указана цифра 318 раз

 

Назад  Вперед

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *


Ваш комментарий на модерации.