В глубинах небесного океана
Научно-фантастическое рассуждение
Андрей Алексеевич Погребецкий

Всё доброе, полезное и важное в этой книге моей родине России посвящаю.

© Андрей Алексеевич Погребецкий, 2020

ISBN 978-5-4493-8196-5

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

«Ах почему так тянет к небу, наверно звёзды мой удел!

Я вновь и вновь ныряю в бездну, ища космический предел.

Ещё разок взгляну на небо, чтоб голос совести запел.

Моя душа с тобою космос, твоим неведомым краям —

Я слово людям посвящаю, чтоб души их светили словно звезды,

Вселенским, необъятным, красочным полям!»

Андрей Погребецкий

Обращение к читателю.

«Прочтя, не нужно сразу бросаться камнями,

А просто подумать, а может правда?

Быть может не много отличий меж нами?

Сей труд – рассужденье, подумай над ним,

Отыщешь возможно,

Ключи к дверям потайным…»

Андрей Погребецкий

Вступление

Каждый день просыпаясь, завтракая, мы направляемся по своим делам, на работу, учёбу. Большую часть времени над нашей головой голубое небо, ясное или облачное, зимнее или летнее. Вечером или позже мы освобождаемся от своих дел, но городская засветка дает уже другой цвет неба. Мы снова закрыты световой пеленой от небесного океана, но если чего-то не видишь, еще не означает, что это перестало существовать. А ведь нашим предкам можно позавидовать, в отсутствии засветки перед изумленным взором представала невероятная красота, красочная картина мириад звезд, созвездий, нашего Млечного пути. Первые астрономические наблюдения датируются 16 веком, Марко Поло рассказывает о звездочётах при хане Хубилае в 13 веке, но нельзя исключать и более ранние исследования. Доказательством тому, являются древние обсерватории и хорошая ориентация наших предков во взаимосвязях земных и небесных, выражающаяся через приметы. А ведь это не мудрено, силой мысли можно представить, что световое загрязнение было ниже и практически каждую ночь, перед изумленным взором предшественников представала чудесная картина невообразимых далей – невероятная красота, красочная картина мириад звезд, созвездий, нашего Млечного пути. Разве космос так далеко от нас?! Быть может не стоит забывать, что всего в 200-ах км, разворачивается колоссальные пространства, скорости, размеры и силы. 200 км это всего 2—2,5 часа на машине… а что там,… дальше, лучше? хуже? А может быть по-другому? В этом стоит разобраться.

Глава 1.Вода в солнечной системе

«Условия на Земле, ее благоприятная среда это уникальное явление» – такие слова часто приходиться слышать от СМИ и от обывателей подхватывающих наукообразные выражения «шоуменов» не ничего не смыслящих в науке. Более того, они не просто не болеют душой за познание мира, но и часто противоречат элементарной логике. Наука сращивается с «курсом валют» и происходит окостенение прогресса – воротилы на местах, СМИ получает лакомый рейтинг от культивирования невежества, официальная наука становиться догмой. Да кстати, двигатель прогресса не торговля и не реклама, а творческий порыв светлой души. Ну это так, к слову.

Вода в других мирах.

Меркурий

Меркурий в натуральном цвете (снимок «Маринера-10»)

Что нам известно о первой планете? «Меркурий ближайшая к Солнцу планета. Имеет плотность сходную с земной. Относится к планетам земной группы. Расстояние Меркурия от Солнца чуть меньше 58 млн км (57,91 млн км). Радиус Меркурия составляет всего 2439,7 ± 1,0 км, масса 3,3·1023 кг. Планета обращается вокруг Солнца за 88 земных суток. Продолжительность одних звёздных суток (период обращения вокруг своей оси относительно звезд) на Меркурии составляет 58,65 земных суток, а солнечных – 176 земных суток (промежуток между последовательными полуднями). У Меркурия нет естественных спутников.

АТМОСФЕРА

Атмосфера первой планеты очень разряжена. Плотность всего лишь 38% земной плотности. Согласно данным космического агентства NASA, по своему химическому составу она состоит из 42% кислорода (О2), 29% натрия, 22% водорода (Н2), 6% гелия, 0,5% калия. Остальную часть составляют молекулы аргона, диоксида углерода, воды, азота, ксенона, криптона, неона, кальция (Са, Са +) и магния.

ПОВЕРХНОСТЬ

Поверхность Меркурия покрыта кольцевыми кратерами подобными лунным, которые постепенно образовывались на поверхности в течение миллиардов лет. Бассейн «Калорис» является самым крупным из кратеров, его диаметр 1,550 км. Температура освещаемого полушария более +300° C. На глубине в 1 м суточные колебания перестают ощущаться, а температура становится стабильной, равной приблизительно +75° C. Поверхностная гравитация равна 3,7 м/с2.

ОСОБЕННОСТИ

На Меркурии нет смены времён года, как на нашей планете. Потому, что ось вращения планеты почти перпендикулярна к плоскости орбиты. Но при этом имеются запасы воды – 2-х километровые полярные шапки, и лёд находящийся в кратерах в которые не попадает солнечный свет.» ₁

Планета являющаяся знойной пустыней без атмосферы, которая напрямую испытывает влияние огненного шара имеет

«2-х километровые полярные шапки, и лёд находящийся в кратерах»₁

так же следует обратить внимание на то, что

«На глубине в 1 м суточные колебания перестают ощущаться, а температура становится стабильной, равной приблизительно +75° C.» 1

Из этого следует, что на метровой глубине приемлимо, но довольно «жарко», а на дне кратера водяной лед, значит, для существования жидкой воды нужна область несколько выше дна кратера. И тут возникает вопрос как эта область появиться, если мы имеем однообразный кратер конкретной формы? Всё может обстоять следующим образом – чем в первую очередь интересна вода, так это тем, что она расширяется в объеме при замерзании, расширяясь лёд может разрушить вполне прочные материалы. Возможно со временем расширяясь и намораживаясь выше по кратеру, лёд стал проникать в глубь породы температура которой является комнатной или выше, но теплообмен между холодным льдом и умеренно горячей породой приходит в равновесие. Мало по малу лёд расширяясь, проникая в породу и превращаясь в жидкую воду образует подземные озера, грунтовые реки и возможно пещеры. Последнее очень вероятно, так как поверхность имеет большой суточный перепад температуры – а это соответственно расширения и сужения, то наличие полостей, уже готовых пещер не так уж фантастично. Воде остается только пробить себе путь к этому подземелью.

Венера

Венера в натуральном цвете (снимок «Маринера-10»)

«Венера вторая планета от нашего Светила. Относится к планетам земной группы. Расстояние от Солнца 108 200 000 км. Радиус составляет 6051,8 км. Масса 4.87×10²⁴ кг. Планета обращается за вокруг Солнца за 224,7 земных суток, имеет самый большой период вращения вокруг собственной оси – 243 земных суток в Солнечной системе. Поверхностная гравитация 8,9 м/с². Планета не имеет естественных спутников.

АТМОСФЕРА

Атмосфера Венеры состоит в основном из углекислого газа (96,5%) и азота (3,5%). Содержание других газов очень мало: диоксида серы – 0,018%, аргона – 0,007%, водяного пара – 0,003%, у остальных составляющих – ещё меньше.

Облака

Облака расположены на высотах примерно 48—65 км, они плотны и состоят из сернистого газа и капель серной кислоты.. Также известно, что в составе частиц облаков есть хлор. Их желтоватый оттенок возможно вызван примесью серы или хлорного железа

Большая толщина облачного покрова не пропускает большую часть солнечного света, и во время нахождения Солнца в зените уровень освещенности составляет примерно чуть более 8ми раз меньше, чем на Земле в ясный день в тени. Благодаря большой плотности и отражающей способности облаков, количество энергии Солнца меньше, чем у Земли.

Углекислый газовый океан и плотные облака из серной кислоты создают сильный парниковый эффект у поверхности планеты. Средняя температура её поверхности – 467 °С. Из-за плотной тропосферы разница температур между дневной и ночной сторонами незначительна.

Грозы и молнии

Наблюдения с автоматических космических станций зафиксировали в атмосфере Венеры электрическую активность, которую можно описать как грозы и молнии. Впервые эти явления были обнаружены аппаратом «Венера-2» как помехи в радиопередаче. Вспышки в оптическом диапазоне, предположительно, являвшиеся молниями, были зафиксированы станциями «Венера-9 и -10» и аэростатными зондами «Вега-1 и -2». Аномальные усиления электромагнитного поля и радиоимпульсы, также, возможно, вызванные молниями, были обнаружены ИСВ «Пионер – Венера» и спускаемыми аппаратами «Венера-11 и -12.

ПОВЕРХНОСТЬ

Поверхность Венеры составляют по большей части холмистые и почти плоские равнины, основанные вулканическими извержениями. Остальные 20% планеты – гигантские горы, имеющие названия Земля Иштар, Земля Афродиты, области Альфа и Бета. Состоят эти массивы преимущественно из базальтовой лавы. В этих областях обнаружено множество кратеров, средний диаметр которых составляет более 300 километров.

ОСОБЕННОСТИ

Венера вращается в направлении, противоположном направлению вращения большинства планет. В 2011 году учёные, работающие с аппаратом Venus Express, обнаружили у Венеры озоновый слой. Озоновый слой располагается на высоте 100 километров. Для сравнения, озоновый слой Земли располагается на высоте 15—20 километров, а концентрация озона в нём на несколько порядков больше.

ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ

Многие народы в древности наблюдали Венеру, в связи с ее яркостью. Также до нас дошло ее славянское название Мерцана. В 18 веке Ломоносов обнаружил у Венеры атмосферу «сияющую словно волос». Академик Королёв мечтал о том, чтобы Венера стала русской планетой. Первый межпланетный космический аппарат «Венера-1» был запущен в 1961 году. Дальнейшие исследования «Венерой-7» дали огромное количество данных о поверхности и атмосфере.

В наши дни исследуют планету не только посредством летательных аппаратов, но и с помощью радиоизлучения. Крайне неблагоприятные условия на планете значительно затрудняют ее изучение. Тем не менее за последние 47 лет было совершено 19 удачных попыток отправки аппаратов на поверхность этого небесного тела. Кроме того, траектория движения шести космических станций позволила получить ценные сведения о нашей ближайшей соседке. С 2005 года на орбите планеты находится корабль, изучающий планету и ее атмосферу. Ученые рассчитывают с его помощью открыть не одну тайну Венеры. В настоящее время аппарат передал на Землю большое количество информации, которая поможет ученым узнать о планете гораздо больше. Например, из их сообщений стало известно, что в атмосфере Венеры присутствуют ионы гидроксила (водный остаток). Ученые пока не представляют, как это можно объяснить.»₂

И так, разберемся по порядку и разложим всё по полочкам. Известно, что на Венере плотная атмосфера, парниковый эффект, дожди из серной кислоты и температура почти в пять раз превышает предел перехода воды в пар. Условия довольно жесткие. Но попытаемся найти и здесь лазейку природы, которая наверняка обошла нас на повороте.

«Атмосфера Венеры состоит в основном из углекислого газа (96,5%) и азота (3,5%). Содержание других газов очень мало: диоксида серы – 0,018%, аргона – 0,007%, водяного пара – 0,003%, у остальных составляющих – ещё меньше.»₂

«В настоящее время аппарат передал на Землю большое количество информации, которая поможет ученым узнать о планете гораздо больше. Например, из их сообщений стало известно, что в атмосфере Венеры присутствуют ионы гидроксила (водный остаток). Ученые пока не представляют, как это можно объяснить.»₂

Узнаем, что и в этом кислотном «океане» имеется доля водного пара и водный остаток. «Ну и что с того, это всего лишь пар и его буквально капли, неудивительно при такой жаре» – скажет критик. Отчасти это так, но есть некоторые «но» с которыми нужно разобраться. Как вода, возникла в таких условиях и почему не сохранилась? Для ответов на данные вопросы, ознакомимся с некоторыми фактами, ответы на которые поставят новые вопросы.

«В 2011 году учёные, работающие с аппаратом Venus Express, обнаружили у Венеры озоновый слой. Озоновый слой располагается на высоте 100 километров. Для сравнения, озоновый слой Земли располагается на высоте 15—20 километров, а концентрация озона в нём на несколько порядков больше.»₂

Но как известно, озон образуется из кислорода грозовым разрядом, все наверно помнят запах свежести после дождя – это запах озона (от греч. «пахнущий»). Идём дальше.

«Наблюдения с автоматических космических станций зафиксировали в атмосфере Венеры электрическую активность, которую можно описать как грозы и молнии. Впервые эти явления были обнаружены аппаратом «Венера-2» как помехи в радиопередаче. Вспышки в оптическом диапазоне, предположительно, являвшиеся молниями, были зафиксированы станциями «Венера-9 и -10» и аэростатными зондами «Вега-1 и -2». Аномальные усиления электромагнитного поля и радиоимпульсы, также, возможно, вызванные молниями, были обнаружены ИСВ «Пионер – Венера» и спускаемыми аппаратами «Венера-11 и -12.»₂

Казалось бы всё в порядке, ведь есть грозы. Но возникает вопрос – где возьмётся столько кислорода, ведь в атмосфере его практически нет?

Теперь поразмыслим над этими фактами. Люди занимающиеся сельским хозяйством, и соответствующие специалисты знают, что те места где собирается туман, парок на землей является местом нахождения водоносной жилы. Причем над поверхностью присутствует довольно небольшое количество влаги, так как водоносный слой направлен параллельно поверхности и лишь частично её пропитывает. Тот же показатель наблюдается у Венеры. Высокое давление атмосферы не способствует подъему воды к поверхности. Что же касается озона и кислорода, здесь можно пояснить следующее – температура поверхности в среднем 460 С, температура разложения воды на кислород и водород 500—550 С при нахождении в электрическом поле. Следовательно, какая либо полость находящаяся ближе к поверхности наполнена подземным паром получая разряд молнии, выделяет кислород, который в дальнейшем порождает озон. Условия на Венере, в первую очередь высокое атмосферное давление, направляют процессы происходящие у нас на поверхности, в её недра.

Луна

«Толщина коры Луны меняется от 0 до 105 км. По данным со спутников гравитационной разведки GRAIL, толщина лунной коры больше на том полушарии, которое обращено к Земле.

Условия на поверхности

Цветные снимки Луны на разных высотах над горизонтом, полученные бортовой цифровой камерой космического корабля «Колумбия» 26 января 2003 года

Атмосфера Луны крайне разрежена. Когда поверхность не освещена Солнцем, содержание газов над ней не превышает 2,0·105 частиц/см³ (для Земли этот показатель составляет 2,7·1019 частиц/см³), а после восхода Солнца увеличивается на два порядка за счёт дегазации грунта. Разрежённость атмосферы приводит к высокому перепаду температур на поверхности Луны (от —173° C ночью до +127° C в подсолнечной точке), в зависимости от освещённости; при этом температура пород, залегающих на глубине 1 м, постоянна и равна —35° C. Ввиду практического отсутствия атмосферы небо на Луне всегда чёрное и со звёздами, даже когда Солнце находится над горизонтом. Однако на дневных фотографиях звёзды не видны, так как для их отображения потребовалась бы такая экспозиция, при которой освещённые Солнцем объекты были бы пересвечены.

Около 3,5 млрд лет назад, во время масштабных излияний лавы, лунная атмосфера была плотнее. Расчёты показывают, что высвобождавшиеся из лавы летучие вещества (CO, S, Н2O) могли образовать атмосферу с давлением 0,01 земного. Время её рассеяния оценивают в 70 млн лет.

Лунная поверхность характеризуется низкой отражательной способностью и отражает всего 5—18% солнечного света; цветовые различия на Луне крайне малы. Её поверхность имеет коричневато-серую или черновато-бурую окраску (данные 1970 года).

Пещеры

В 2009 году японским зондом Кагуя обнаружено отверстие в поверхности Луны, расположенное недалеко от вулканического плато Холмы Мариуса, предположительно ведущее в тоннель под поверхностью. Диаметр отверстия составляет около 65 метров, а глубина, предположительно, 80 метров.

Наличие воды

Впервые сведения об обнаружении воды на Луне были опубликованы в 1978 году советскими исследователями в журнале «Геохимия». Факт был установлен в результате анализа образцов, доставленных зондом «Луна-24» в 1976 году. Процент найденной в образце воды составил 0,1.

В июле 2008 года группа американских геологов из Института Карнеги и Университета Брауна обнаружила в образцах грунта Луны следы воды, в большом количестве выделявшейся из недр спутника на ранних этапах его существования. Позднее бо́льшая часть этой воды испарилась в космос.

Российские учёные, с помощью созданного ими прибора LEND, установленного на зонде LRO, выявили участки Луны, наиболее богатые водородом. На основании этих данных НАСА выбрало место для проведения бомбардировки Луны зондом LCROSS. После проведения эксперимента, 13 ноября 2009 года НАСА сообщило об обнаружении в кратере Кабеус в районе южного полюса воды в виде льда.

Согласно данным, переданным радаром Mini-SAR, установленном на индийском лунном аппарате Чандраян-1, всего в регионе северного полюса обнаружено не менее 600 млн. тонн воды, большая часть которой находится в виде ледяных глыб, покоящихся на дне лунных кратеров. Всего вода была обнаружена в более чем 40 кратерах, диаметр которых варьирует от 2 до 15 км. Сейчас у учёных уже нет никаких сомнений в том, что найденный лёд – это именно водный лёд.

Химия пород

Состав лунного грунта существенно отличается в морских и материковых районах Луны. В лунных породах мало воды. Луна также обеднена железом и летучими компонентами. В лунном реголите также очень много кислорода, входящего в состав окислов, причём самым распространённым из последних является диоксид кремния – 42,8%. АМС «Луна-20» доставила грунт из материкового района, «Луна-16» из морского.»3

Итак проанализируем имеющиеся данные. Естественно при отсутствии атмосферы и как следствие метеоритной бомбардировке, нас опять же заинтересует условия под поверхностью.

«2 января 1959 г. Луна-1 показал, что на Луне нет главного магнитного поля!

Для изучения недр спутника и создания лунотрясений участниками миссий Аполлон неоднократно сбрасывались ступени на поверхность. Колебания сейсмографов не затухали до 4-х часов! Удары о Луну вызывают ее долго не затухающие колебания, подобно тому, как если бы это был колокол. Геофизики, а вернее селенофизики, назвали это явление сейсмозвоном.»4

«Согласно исследований, Луна является фактически полым шаром и при этом совершенно неясно, что удерживает ее от разрушения. Было выяснено, что действительно каркасом в породах является титан. По оценкам русских учёных Васина и Щербакова, толщина слоя титана составляет 30 км.»

Факты весьма удивительные, но какое это имеет отношение к делу?

«Толщина коры Луны меняется от 0 до 105 км. По данным со спутников гравитационной разведки GRAIL, толщина лунной коры больше на том полушарии, которое обращено к Земле» – Данный факт говорит о пустотах в глубинах, также зная, что « Когда поверхность не освещена Солнцем, содержание газов над ней не превышает 2,0·105 частиц/см³ (для Земли этот показатель составляет 2,7·1019 частиц/см³), а после восхода Солнца увеличивается на два порядка за счёт дегазации грунта.» – это означает, что при нагреве из под поверхности подымаются газы, имеется факт — «Разрежённость атмосферы приводит к высокому перепаду температур на поверхности Луны (от —173° C ночью до +127° C в подсолнечной точке), в зависимости от освещённости; при этом температура пород, залегающих на глубине 1 м, постоянна и равна —35° C.»

– данная температура конечно близка к удовлетворительным условиям и стабильна, но всё таки низкая для жидкой воды. Если же мы учтем столь различные толщины лунной коры, то на деле получим перегрев тонкой части коры и более медленное нагревание толстых ее частей, а это неизбежно приведет к теплообмену и уравновешиванию температуры, а при наличии газов в полостях к естественной циркуляции. Подтверждает также полостную структуру Луны и тот факт, что —

«Лунная поверхность характеризуется низкой отражательной способностью и отражает всего 5—18% солнечного света»

– то есть поглощается лунные породы, со своими полостями довольно хорошо прогреваются. И относительно недавно, стало известно —

«В 2009 году японским зондом Кагуя обнаружено отверстие в поверхности Луны, расположенное недалеко от вулканического плато Холмы Мариуса, предположительно ведущее в тоннель под поверхностью. Диаметр отверстия составляет около 65 метров, а глубина, предположительно, 80 метров.» Мы разобрали условия для существования жидкой воды, теперь о непосредственной теме главы – «В июле 2008 года группа американских геологов из Института Карнеги и Университета Брауна обнаружила в образцах грунта Луны следы воды, в большом количестве выделявшейся из недр спутника на ранних этапах его существования. Позднее бо́льшая часть этой воды испарилась в космос.

Российские учёные, с помощью созданного ими прибора LEND, установленного на зонде LRO, выявили участки Луны, наиболее богатые водородом. На основании этих данных НАСА выбрало место для проведения бомбардировки Луны зондом LCROSS. После проведения эксперимента, 13 ноября 2009 года НАСА сообщило об обнаружении в кратере Кабеус в районе южного полюса воды в виде льда.

Согласно данным, переданным радаром Mini-SAR, установленном на индийском лунном аппарате Чандраян-1, всего в регионе северного полюса обнаружено не менее 600 млн. тонн воды, большая часть которой находится в виде ледяных глыб, покоящихся на дне лунных кратеров. Всего вода была обнаружена в более чем 40 кратерах, диаметр которых варьирует от 2 до 15 км. Сейчас у учёных уже нет никаких сомнений в том, что найденный лёд – это именно водный лёд.» 3

«Следы воды в образцах лунного грунта находили и раньше, однако чаще всего это были молодые образцы породы, находящейся на поверхности нашего спутника. Это, в свою очередь, конечно же, не могло дать однозначного ответа на то, являлась ли эта вода частью спутника изначально, либо попала туда благодаря астероидам.

Чтобы понять роль воды в процессе формирования молодой Луны, ван Вестренен и его коллеги в лабораторных условиях создали небольшие образцы (весом всего 10 миллиграммов) породы, но содержащие все базовые ингредиенты, из которых сформировалась сама Луна. Например, в них содержались в том числе и компоненты, которые положили начало лунному океану из магмы, которая постепенно охлаждалась и затвердевала, формируя конечный облик нашего спутника.»

«Основные компоненты: кремний и кислород, а также некоторая часть из магния, кальция, железа, титана и алюминия», – говорит ван Вестренен, указывая на то, что состав полностью соответствует данным сейсмического анализа, проведенного на поверхности Луны с помощью инструментов, оставленных астронавтами космических миссий «Аполлон».

«Далее команда ван Вестренена с помощью разности температур и давления, соответствующих условиям ранней Луны, симулировала эволюционный процесс лунной геологии. Работа проводилась с помощью научного инструмента, который ученые обычно используют для создания искусственных алмазов. Процесс проводили с наличием воды и ее отсутствием, чтобы посмотреть, как эта особенность повлияет на тип и число формирующихся пород.

Исследователи обнаружили, что только при добавлении в состав воды (в процентном соотношении всего от 0,5 до 1) типы и число получаемых пород полностью соответствовали тем показателям, которые в настоящий момент свойственны самой Луне.

Что более важно, одной из конечных производных состава, в которых была включена вода, явился слой плагиокласа – доминирующего компонента состава лунной коры, который в данном случае составлял бы толщину около 34—43 километров. Это, в свою очередь, соответствует средней толщине реального слоя плагиокласа, данные о котором были получены в 2013 году благодаря орбитальным спутникам.

В случае, когда состав был полностью обезвожен, слой плагиокласа оказался гораздо толще (в реальных условиях он составлял бы 68 километров). Это натолкнуло на предположение о том, что нынешний состав Луны мог получиться только в том случае, если бы в него изначально входила вода.»

«Последние исследования добавляют в копилку аргументов теории о том, что Земля и Луна содержали воду изначально. Однако не все согласны с этим мнением и считают, что вода появилась на этих планетарных объектах уже после их формирования, благодаря астероидам и кометам. Веса первой теории, помимо прочего, добавляют данные 2014 года, когда космический аппарат «Розетта» приблизился к своей основной цели – комете Чурюмова – Герасименко. Полученная информация четко указывала на то, что имеющиеся следы воды на комете обладают комбинациями изотопов, не соответствующих земным.

«Это очередной признак того, что Луна изначально имела воду. Это очень важные данные, так как они дают надежду на то, что глубоко под корой нашего спутника до сих пор могут скрываться водные запасы», – говорит Робин Канап, изучающий природу космических тел в Юго-Западном исследовательском институте Боулдера (США, штат Колорадо).» 5

И снова удивление, снова сломаны привычные шаблоны, думаю стоило бы обратить внимание на то, что «Исследователи обнаружили, что только при добавлении в состав воды (в процентном соотношении всего от 0,5 до 1) типы и число получаемых пород полностью соответствовали тем показателям, которые в настоящий момент свойственны самой Луне.» – это довольно большое соотношение воды для поверхности такого тела как Луна. Интересен еще один вопрос, почему вода находящаяся при формировании в поверхности спутника не уходит в глубь спутника, напомню, что у Луны отсутствует главное магнитное поле (есть только масконы обращенные к Земле), а также есть сейсмозвон при ударе о поверхность как будто о пустое тело (кстати любые кратеры не углубляются ниже отметки 4 км). Это говорит о том, что Луна является как бы прочным пустотелым каркасом. По логике вещей, вода вполне может находиться внутри, в жидком или парообразном состоянии (в этом случае конденсат может оседать на внутренней стороне поверхности спутника). Все знают, о взаимовлиянии планеты и спутника, о приливах и отливах, но еще есть явление приливного трения вызывающее нагревание, которое вполне может обеспечить воду в жидком виде внутри Луны. Эта теория подтверждается исследованием —

«В июле 2008 года группа американских геологов из Института Карнеги и Университета Брауна обнаружила в образцах грунта Луны следы воды, в большом количестве выделявшейся из недр спутника на ранних этапах его существования. Позднее бо́льшая часть этой воды испарилась в космос»

И напоследок еще один факт о нашем спутнике —

«В лунном реголите также очень много кислорода, входящего в состав окислов, причём самым распространённым из последних является диоксид кремния – 42,8%. АМС «Луна-20» доставила грунт из материкового района, «Луна-16» из морского.«3.

Кислород – это воздух для жизни. Его происхождение весьма интересный вопрос.

Марс

«Марс – четвёртая по удалённости от Солнца (после Меркурия, Венеры и Земли) и седьмая по размерам (превосходит по массе и диаметру только Меркурий) планета Солнечной системы. Масса Марса составляет 0,107 массы Земли, объём – 0,151 объёма Земли, а средний линейный диаметр – 0,53 диаметра Земли.

Рельеф Марса обладает многими уникальными чертами. Марсианский потухший вулкан гора Олимп – самая высокая известная гора на планетах Солнечной системы (самая высокая известная гора в Солнечной системе – на астероиде Веста), а долины Маринер – самый крупный известный каньон на планетах (самый большой каньон в Солнечной системе обнаружен на спутнике Плутона – Хароне). Помимо этого, южное и северное полушария планеты радикально отличаются по рельефу; существует гипотеза, что Великая Северная равнина, занимающий 40% поверхности планеты, является импактным кратером; в этом случае он оказывается самым крупным известным ударным кратером в Солнечной системе.

Марс имеет период вращения и смену времён года, аналогичные земным, но его климат значительно холоднее и суше земного.

Вплоть до полёта к Марсу автоматической межпланетной станции «Маринер-4» в 1965 году многие исследователи полагали, что на его поверхности есть вода в жидком состоянии. Это мнение было основано на наблюдениях за периодическими изменениями в светлых и тёмных участках, особенно в полярных широтах, которые были похожи на континенты и моря. Тёмные длинные линии на поверхности Марса интерпретировались некоторыми наблюдателями как ирригационные каналы для жидкой воды. Позднее было доказано, что большинство этих тёмных линий являются оптической иллюзией.

На самом деле из-за низкого давления вода не может существовать в жидком состоянии на большей части (около 70%) поверхности Марса. Вода в состоянии льда была обнаружена в марсианском грунте космическим аппаратом НАСА «Феникс». В то же время собранные марсоходами «Спирит» и «Opportunity» геологические данные позволяют предположить, что в далёком прошлом вода покрывала значительную часть поверхности Марса. Наблюдения в течение последнего десятилетия позволили обнаружить в некоторых местах на поверхности Марса слабую гейзерную активность. По наблюдениям с космического аппарата «Mars Global Surveyor», некоторые части южной полярной шапки Марса постепенно отступают.

С февраля 2009 года по настоящее время орбитальная исследовательская группировка на орбите Марса насчитывает три функционирующих космических аппарата: «Марс Одиссей», «Марс-экспресс» и «Mars Reconnaissance Orbiter». Это больше, чем около любой другой планеты, помимо Земли.

Поверхность Марса в настоящий момент исследуют два марсохода: «Opportunity» и «Curiosity». На поверхности Марса также находятся несколько неактивных посадочных модулей и марсоходов, завершивших исследования.

Марс хорошо виден с Земли невооружённым глазом. Его видимая звёздная величина достигает —2,91m (при максимальном сближении с Землёй). Марс уступает по яркости лишь Юпитеру (во время великого противостояния Марса он может превзойти Юпитер), Венере, Луне и Солнцу. Противостояние Марса можно наблюдать каждые два года. Последний раз Марс был в противостоянии 22 мая 2016 года, он находился на расстоянии 76 млн км от Земли. Как правило, во время великого противостояния (то есть при совпадении противостояния с Землёй и прохождения Марсом перигелия своей орбиты) оранжевый Марс является ярчайшим объектом земного ночного неба после Луны (не считая Венеру, которая и тогда ярче него, но видна утром и вечером), но это происходит лишь один раз в 15—17 лет в течение одной-двух недель.

Среднее расстояние от Марса до Солнца составляет 228 млн. км (1,52 а.e.), период обращения вокруг Солнца равен 687 земным суткам. Орбита Марса имеет довольно заметный эксцентриситет (0,0934), поэтому расстояние до Солнца меняется от 206,6 до 249,2 млн км. Наклонение орбиты Марса к плоскости эклиптики равно 1,85°.

Полярный радиус примерно на 20 км-21 км меньше экваториального радиуса, а относительное полярное сжатие Марса f = (1 – Rп/Rэ) больше земного (соответственно 1/170 и 1/298), хотя период вращения у Земли несколько меньший, чем у Марса; это позволило в прошлом выдвинуть предположение об изменении скорости вращения Марса со временем.

Сравнение размеров Земли (средний радиус 6371,11 км) и Марса (средний радиус 3389,5 км)

Атмосфера и климат

Атмосфера Марса, снимок получен искусственным спутником «Викинг» в 1976 году. Слева виден «кратер-смайлик» Галле

Температура на планете колеблется от —153° C на полюсах зимой и до +20° C на экваторе летом (максимальная температура атмосферы, зафиксированная марсоходом «Спирит», составила +35° C [34]), средняя температура – около 210 К (—63° C). В средних широтах температура колеблется от —50° C зимней ночью до 0° C летним днем, среднегодовая температура – —50° C.

Атмосфера Марса, состоящая в основном из углекислого газа, очень разрежена. Давление у поверхности Марса в 160 раз меньше земного – 6,1 мбар на среднем уровне поверхности. Из-за большого перепада высот на Марсе давление у поверхности сильно изменяется. Примерная толщина атмосферы – 110 км.

По данным NASA (2004), атмосфера Марса состоит на 95,32% из углекислого газа; также в ней содержится 2,7% азота, 1,6% аргона, 0,145% кислорода, 210 ppm водяного пара, 0,08% угарного газа, оксид азота (NO) – 100 ppm, неон (Ne) – 2,5 ppm, полутяжёлая вода водород-дейтерий-кислород (HDO) 0,85 ppm, криптон (Kr) 0,3 ppm, ксенон (Xe) – 0,08 ppm (состав приведён в объёмных долях).

По данным спускаемого аппарата АМС «Викинг» (1976), в марсианской атмосфере было определено около 1—2% аргона, 2—3%азота, а 95% – углекислый газ. Согласно данным АМС «Марс-2» и «Марс-3», нижняя граница ионосферы находится на высоте 80 км, максимум электронной концентрации 1,7 × 105 электронов/см³ расположен на высоте 138 км, другие два максимума находятся на высотах 85 и 107 км.

Радиопросвечивание атмосферы на радиоволнах 8 и 32 см, проведённое АМС «Марс-4» 10 февраля 1974 года, показало наличие ночной ионосферы Марса с главным максимумом ионизации на высоте 110 км и концентрацией электронов 4,6 × 103 электронов/см³, а также вторичными максимумами на высоте 65 и 185 км.

Разреженность марсианской атмосферы и отсутствие магнитосферы являются причиной того, что уровень ионизирующей радиации на поверхности Марса существенно выше, чем на поверхности Земли. Мощность эквивалентной дозы на поверхности Марса составляет в среднем 0,7 мЗв/сутки (изменяясь в зависимости от солнечной активности и атмосферного давления в пределах от 0,35 до 1,15 мЗв/сутки) и обусловлена главным образом космическим излучением; для сравнения, на Земле среднемировая эквивалентная доза облучения от естественных источников, накапливаемая за год, равна 2,4 мЗв, в том числе от космических лучей 0,4 мЗв. Таким образом, за один-два дня космонавт на поверхности Марса получит такую же эквивалентную дозу облучения, какую на поверхности Земли он получил бы за год.

Атмосферное давление

По данным NASA на 2004 год, давление атмосферы на среднем радиусе составляет в среднем 636 Па (6,36 мбар), меняясь в зависимости от сезона от 400 до 870 Па. Плотность атмосферы у поверхности – около 0,020 кг/м³, общая масса атмосферы Марса – около 2,5 × 1016 кг (для сравнения: масса атмосферы Земли составляет 5,2 × 1018 кг).

В отличие от Земли, масса марсианской атмосферы сильно изменяется в течение года в связи с таянием и намерзанием полярных шапок, содержащих углекислый газ. Зимой 20—30% всей атмосферы намораживается на полярной шапке, состоящей из углекислоты.

В месте посадки зонда АМС «Марс-6» в районе Эритрейского моря было зафиксировано давление у поверхности 6,1 мбар, что на тот момент считалось средним давлением на планете, и от этого уровня было условлено отсчитывать высо́ты и глуби́ны на Марсе. По данным этого аппарата, полученным во время спуска, тропопауза находится на высоте примерно 30 км, где плотность воздуха составляет 5 × 10—7 г/см³ (как на Земле на высоте 57 км).

Ударная впадина Эллада – самое глубокое место Марса, где можно зафиксировать самое высокое атмосферное давление

Область Эллада настолько глубока, что атмосферное давление достигает примерно 12,4 мбар, что выше тройной точки воды (около 6,1 мбар), поэтому при достаточно высокой температуре вода могла бы существовать там в жидком состоянии; при таком давлении, однако, вода закипает и превращается в пар уже при +10° C.

На вершине высочайшей горы Марса, 27-километрового вулкана Олимп, давление может составлять от 0,5 до 1 мбар.

До высадки на поверхность Марса посадочных модулей давление было измерено за счёт ослабления радиосигналов с АМС «Маринер-4», «Маринер-6», «Маринер-7» и «Маринер-9» при их захождении за марсианский диск и выходе из-за марсианского диска – 6,5 ± 2,0 мбар на среднем уровне поверхности, что в 160 раз меньше земного; такой же результат показали спектральные наблюдения АМС «Марс-3». При этом в расположенных ниже среднего уровня областях (например, в марсианской Амазонии) давление, согласно этим измерениям, достигает 12 мбар.

Начиная с 1930-х годов, советские астрономы пытались определять давление атмосферы методами фотографической фотометрии – по распределению яркости вдоль диаметра диска в разных диапазонах световых волн. Французские учёные Б. Лио и О. Дольфюс производили с этой целью наблюдения поляризации рассеянного атмосферой Марса света. Сводку оптических наблюдений опубликовал американский астроном Ж. де Вокулёр в 1951 году, и по ним получалось давление 85 мбар, завышенное почти в 15 раз, поскольку не было отдельно учтено рассеяние света пылью, взвешенной в атмосфере Марса. Вклад пыли был приписан газовой атмосфере.

Климат

Циклон возле северного полюса Марса, снимки с телескопа «Хаббл» (27 апреля 1999 года)

Климат, как и на Земле, носит сезонный характер. Угол наклона Марса к плоскости орбиты почти равен земному и составляет 25,1919°; соответственно, на Марсе, так же как и на Земле, происходит смена времён года. Особенностью марсианского климата также является то, что эксцентриситет орбиты Марса значительно больше земного, и на климат также влияет расстояние до Солнца. Перигелий Марс проходит во время разгара зимы в северном полушарии и лета в южном, афелий – во время разгара зимы в южном полушарии и соответственно лета в северном. Вследствие этого климат северного и южного полушарий различается. Для северного полушария характерны более мягкая зима и прохладное лето; в южном полушарии зима более холодная, а лето более жаркое. В холодное время года даже вне полярных шапок на поверхности может образовываться светлый иней. Аппарат «Феникс» зафиксировал снегопад, однако снежинки испарялись, не достигая поверхности.

По сведениям НАСА (2004 год), средняя температура составляет ~210 K (—63° C). По данным посадочных аппаратов «Викинг», суточный температурный диапазон составляет от 184 K до 242 K (от —89 до —31° C) («Викинг-1»), а скорость ветра 2—7 м/с (лето), 5—10 м/с (осень), 17—30 м/с (пылевой шторм).

По данным посадочного зонда «Марс-6», средняя температура тропосферы Марса составляет 228 K, в тропосфере температура убывает в среднем на 2,5 градуса на километр, а находящаяся выше тропопаузы (30 км) стратосфера имеет почти постоянную температуру 144 K.

Исследователи из Центра имени Карла Сагана в 2007—2008 годах пришли к выводу, что в последние десятилетия на Марсе идёт процесс потепления. Специалисты НАСА подтвердили эту гипотезу на основе анализа изменений альбедо разных частей планеты. Другие специалисты считают, что такие выводы делать пока рано [. В мае 2016 года исследователи из Юго-Западного исследовательского института в Боулдере (Колорадо) опубликовали в журнале Science статью, в которой предъявили новые доказательства идущего потепления климата (на основе анализа данных Mars Reconnaissance Orbiter). По их мнению, этот процесс длительный и идёт, возможно, уже в течение 370 тыс. лет.

Существуют предположения, что в прошлом атмосфера могла быть более плотной, а климат – тёплым и влажным, и на поверхности Марса существовала жидкая вода и шли дожди. Доказательством этой гипотезы является анализ метеорита ALH 84001, показавший, что около 4 миллиардов лет назад температура Марса составляла 18 ± 4° C.

Главной особенностью общей циркуляции атмосферы Марса являются фазовые переходы углекислого газа в полярных шапках, приводящие к значительным меридиональным потокам. Численное моделирование общей циркуляции атмосферы Марса указывает на существенный годовой ход давления с двумя минимумами незадолго перед равноденствиями, что подтверждается и наблюдениями по программе «Викинг». Анализ данных о давлении выявил годовой и полугодовой циклы. Интересно, что, как и на Земле, максимум полугодовых колебаний зональной скорости ветра совпадает с равноденствиями. Численное моделирование выявляет также и существенный цикл индекса с периодом 4—6 суток в периоды солнцестояний. «Викингом» обнаружено подобие цикла индекса на Марсе с аналогичными колебаниями в атмосферах других планет.

Поверхность

Две трети поверхности Марса занимают светлые области, получившие название материков, около трети – тёмные участки, называемые морями. Моря сосредоточены главным образом в южном полушарии планеты, между 10 и 40° широты. В северном полушарии есть только два крупных моря – Ацидалийское и Большой Сирт.

Характер тёмных участков до сих пор остаётся предметом споров (возможно просачивается влага на поверхность) я. Они сохраняются, несмотря на то, что на Марсе бушуют пылевые бури. В своё время это служило доводом в пользу предположения, что тёмные участки покрыты растительностью. Сейчас полагают, что это просто участки, с которых, в силу их рельефа, легко выдувается пыль. Крупномасштабные снимки показывают, что на самом деле тёмные участки состоят из групп тёмных полос и пятен, связанных с кратерами, холмами и другими препятствиями на пути ветров. Сезонные и долговременные изменения их размера и формы связаны, по-видимому, с изменением соотношения участков поверхности, покрытых светлым и тёмным веществом.

Полушария Марса довольно сильно различаются по характеру поверхности. В южном полушарии поверхность находится на 1—2 км выше среднего уровня и густо усеяна кратерами. Эта часть Марса напоминает лунные материки. На севере большая часть поверхности находится ниже среднего уровня, здесь мало кратеров и основную часть занимают относительно гладкие равнины, вероятно, образовавшиеся в результате затопления лавой и эрозии. Такое различие полушарий остаётся предметом дискуссий. Граница между полушариями следует примерно по большому кругу, наклонённому на 30° к экватору. Граница широкая и неправильная и образует склон в направлении на север. Вдоль неё встречаются самые эродированные участки марсианской поверхности.

Выдвинуто две альтернативных гипотезы, объясняющих асимметрию полушарий. Согласно одной из них, на раннем геологическом этапе литосферные плиты «съехались» (возможно, случайно) в одно полушарие, подобно континенту Пангея на Земле, а затем «застыли» в этом положении. Другая гипотеза предполагает столкновение Марса с космическим телом размером с Плутон около 4 млрд лет назад. В этом случае Северный Полярный бассейн, занимающий 40% поверхности планеты, является импактным кратером и оказывается самым крупным известным ударным кратером в Солнечной системе. Его длина – 10,6 тыс. км, а ширина – 8,5 тыс. км, что примерно в четыре раза больше, чем крупнейший ударный кратер Эллада, до того также обнаруженный на Марсе, вблизи его южного полюса.

Большое количество кратеров в южном полушарии предполагает, что поверхность здесь древняя – 3—4 млрд лет. Выделяют несколько типов кратеров: большие кратеры с плоским дном, более мелкие и молодые чашеобразные кратеры, похожие на лунные, кратеры, окружённые валом, и возвышенные кратеры. Последние два типа уникальны для Марса – кратеры с валом образовались там, где по поверхности текли жидкие выбросы, а возвышенные кратеры образовались там, где покрывало выбросов кратера защитило поверхность от ветровой эрозии. Самой крупной деталью ударного происхождения является равнина Эллада (примерно 2100 км в поперечнике).

В области хаотического ландшафта вблизи границы полушарий поверхность испытала разломы и сжатия больших участков, за которыми иногда следовала эрозия (вследствие оползней или катастрофического высвобождения подземных вод), а также затопление жидкой лавой. Хаотические ландшафты часто находятся у истока больших каналов, прорезанных водой. Наиболее приемлемой гипотезой их совместного образования является внезапное таяние подповерхностного льда.

Долины Маринер на Марсе

В северном полушарии, помимо обширных вулканических равнин, находятся две области крупных вулканов – Фарсида и Элизий. Фарсида – обширная вулканическая равнина протяжённостью 2000 км, достигающая высоты 10 км над средним уровнем. На ней находятся три крупных щитовых вулкана – гора Арсия, гора Павлина и гора Аскрийская. На краю Фарсиды находится высочайшая на Марсе и высочайшая известная в Солнечной системе гора Олимп, которая достигает 27 км высоты по отношению к его основанию и 25 км по отношению к среднему уровню поверхности Марса, и охватывает площадь 550 км диаметром, окружённую обрывами, местами достигающими 7 км высоты. Объём Олимпа в 10 раз превышает объём крупнейшего вулкана Земли Мауна-Кеа. Здесь же расположено несколько менее крупных вулканов. Элизий – возвышенность до шести километров над средним уровнем, с тремя вулканами – купол Гекаты, гора Элизий и купол Альбор.

По другим данным, высота Олимпа составляет 21 287 метров над нулевым уровнем и 18 километров над окружающей местностью, а диаметр основания – примерно 600 км. Основание охватывает площадь 282 600 км². Кальдера (углубление в центре вулкана) имеет ширину 70 км и глубину 3 км.

Возвышенность Фарсида также пересечена множеством тектонических разломов, часто очень сложных и протяжённых. Крупнейший из них – долины Маринер – тянется в широтном направлении почти на 4000 км (четверть окружности планеты), достигая ширины 600 и глубины 7—10 км; по размерам этот разлом сравним с Восточноафриканским рифтом на Земле. На его крутых склонах происходят крупнейшие в Солнечной системе оползни. Долины Маринер являются самым большим известным каньоном в Солнечной системе. Каньон, который был открыт космическим аппаратом «Маринер-9» в 1971 году, мог бы занять всю территорию США, от океана до океана.

Панорама ударного кратера Виктория диаметром около 800 метров, снятая марсоходом «Оппортьюнити». Панорама составлена из снимков, которые были получены за три недели, в период с 16 октября по 6 ноября 2006

Панорама поверхности Марса в районе Husband Hill, снятая марсоходом «Спирит» 23—28 ноября 2005

Лёд и полярные шапки

Северная полярная шапка в летний период, фото Марс Глобал Сервейор. Длинный широкий разлом, рассекающий шапку слева – Каньон Северный

Внешний вид Марса сильно изменяется в зависимости от времени года. Прежде всего, бросаются в глаза изменения полярных шапок. Они разрастаются и уменьшаются, создавая сезонные явления в атмосфере и на поверхности Марса. Полярные шапки в максимуме разрастания могут достигать широты 50°. Диаметр постоянной части северной полярной шапки составляет 1000 км. По мере того как весной полярная шапка в одном из полушарий отступает, детали поверхности планеты начинают темнеть.

Северная и Южная полярные шапки состоят из двух составляющих: сезонной – углекислого газа и вековой – водяного льда. По данным со спутника «Марс-экспресс», толщина шапок может составлять от 1 м до 3,7 км. Аппарат «Марс Одиссей» обнаружил на южной полярной шапке Марса действующие гейзеры. Как считают специалисты НАСА, струи углекислого газа с весенним потеплением вырываются вверх на большую высоту, унося с собой пыль и песок.

В 1784 году астроном У. Гершель обратил внимание на сезонные изменения размера полярных шапок, по аналогии с таянием и намерзанием льдов в земных полярных областях. В 1860-х годах французский астроном Э. Ляи наблюдал волну потемнения вокруг тающей весенней полярной шапки, что тогда было истолковано как растекание талых вод и развитие растительности. Спектрометрические измерения, которые были проведены в начале XX века в обсерватории Ловелла во ФлагстаффеВ. Слайфером, однако, не показали наличия линии хлорофилла – зелёного пигмента земных растений.

По фотографиям «Маринера-7» удалось определить, что полярные шапки имеют толщину в несколько метров, а измеренная температура 115 K (—158° C) подтвердила возможность того, что она состоит из замёрзшей углекислоты – «сухого льда».

Возвышенность, которая получила название гор Митчелла, расположенная близ южного полюса Марса, при таянии полярной шапки выглядит как белый островок, поскольку в горах ледники тают позднее, в том числе и на Земле.

Данные аппарата Mars Reconnaissance Orbiter позволили обнаружить под каменистыми осыпями у подножия гор значительный слой льда. Ледник толщиной в сотни метров занимает площадь в тысячи квадратных километров, и его дальнейшее изучение способно дать информацию об истории марсианского климата.

Русла «рек» и другие особенности

Дельта высохшей реки Эберсвальде (фото Mars Global Surveyor)

Микрофотография конкреции гематита в марсианском грунте, снятая марсоходом «Оппортьюнити» 2 марта 2004 года (поле зрения 1,3 см), что свидетельствует о присутствии в геологическом прошлом воды в жидком состоянии

Так называемая «чёрная дыра» (колодец) диаметром более 150 м на поверхности Марса. Видна часть боковой стенки. Склон горы Арсия (фото «Марсианского разведывательного спутника»)

На Марсе имеется множество геологических образований, напоминающих водную эрозию, в частности, высохшие русла рек. Согласно одной из гипотез, эти русла могли сформироваться в результате кратковременных катастрофических событий и не являются доказательством длительного существования речной системы. Однако последние данные свидетельствуют о том, что реки текли в течение геологически значимых промежутков времени. В частности, обнаружены инвертированные русла (то есть русла, приподнятые над окружающей местностью). На Земле подобные образования формируются благодаря длительному накоплению плотных донных отложений с последующим высыханием и выветриванием окружающих пород. Кроме того, есть свидетельства смещения русел в дельте реки при постепенном поднятии поверхности.

В юго-западном полушарии, в кратере Эберсвальде обнаружена дельта реки площадью около 115 км². Намывшая дельту река имела в длину более 60 км.

Данные марсоходов НАСА «Спирит» и «Оппортьюнити» свидетельствуют также о наличии воды в прошлом (найдены минералы, которые могли образоваться только в результате длительного воздействия воды). Аппарат «Феникс» обнаружил залежи льда непосредственно в грунте.

Кроме того, обнаружены тёмные полосы на склонах холмов, свидетельствующие о появлении жидкой солёной воды на поверхности в наше время. Они появляются вскоре после наступления летнего периода и исчезают к зиме, «обтекают» различные препятствия, сливаются и расходятся. «Сложно представить, что подобные структуры могли сформироваться не из потоков жидкости, а из чего-то иного», – заявил сотрудник НАСА Ричард Зурек. Дальнейший спектральный анализ показал присутствие в указанных областях перхлоратов – солей, способных обеспечить существование жидкой воды в условиях марсианского давления.

28 сентября 2012 года на Марсе обнаружены следы пересохшего водного потока. Об этом объявили специалисты американского космического агентства НАСА после изучения фотографий, полученных с марсохода «Кьюриосити», на тот момент работавшего на планете лишь семь недель. Речь идёт о фотографиях камней, которые, по мнению учёных, явно подвергались воздействию воды.

На вулканической возвышенности Фарсида обнаружено несколько необычных глубоких колодцев. Судя по снимку аппарата «Марсианский разведывательный спутник», сделанному в 2007 году, один из них имеет диаметр 150 метров, а освещённая часть стенки уходит в глубину не менее чем на 178 метров. Высказана гипотеза о вулканическом происхождении этих образований.

На Марсе имеется необычный регион – Лабиринт Ночи, представляющий собой систему пересекающихся каньонов. Их образование не было связано с водной эрозией, и вероятная причина появления – тектоническая активность. Когда Марс находится вблизи перигелия, над лабиринтом Ночи и долинами Маринера появляются высокие (40—50 км) облака. Восточный ветер вытягивает их вдоль экватора и сносит к западу, где они постепенно размываются. Их длина достигает нескольких сотен (до тысячи) километров, а ширина – нескольких десятков. Состоят они, судя по условиям в этих слоях атмосферы, тоже из водяного льда. Они довольно густые и отбрасывают на поверхность хорошо заметные тени. Их появление объясняют тем, что неровности рельефа вносят возмущения в воздушные потоки, направляя их вверх. Там они охлаждаются, а содержащийся в них водяной пар конденсируется.

Грунт

Фотография марсианского грунта в месте посадки аппарата «Феникс»

Элементный состав поверхностного слоя грунта, определённый по данным посадочных аппаратов, неодинаков в разных местах. Основная составляющая почвы – кремнезём (20—25%), содержащий примесь гидратов оксидов железа (до 15%), придающих почве красноватый цвет. Имеются значительные примеси соединений серы, кальция, алюминия, магния, натрия (единицы процентов для каждого).

Согласно данным зонда НАСА «Феникс» (посадка на Марс 25 мая 2008 года), соотношение pH и некоторые другие параметры марсианских почв близки к земным, и на них теоретически можно было бы выращивать растения. «Фактически мы обнаружили, что почва на Марсе отвечает требованиям, а также содержит необходимые элементы для возникновения и поддержания жизни как в прошлом, так и в настоящем и будущем», сообщил ведущий исследователь-химик проекта Сэм Кунейвс. Также, по его словам, данный щелочной тип грунта (pH = 7,7) многие могут встретить на «своём заднем дворе», и он вполне пригоден для выращивания спаржи.

В месте посадки аппарата в грунте имеется также значительное количество водяного льда. Орбитальный зонд «Марс Одиссей» также обнаружил, что под поверхностью красной планеты есть залежи водяного льда. Позже это предположение было подтверждено и другими аппаратами, но окончательно вопрос о наличии воды на Марсе был решён в 2008 году, когда зонд «Феникс», севший вблизи северного полюса планеты, получил воду из марсианского грунта.

Данные, полученные марсоходом Curiosity и обнародованные в сентябре 2013 года, показали, что содержание воды под поверхностью Марса гораздо выше, чем считалось ранее. В породе, из которой брал образцы марсоход, её содержание может достигать 2% по весу.

Геология и внутреннее строение

В прошлом на Марсе, как и на Земле, происходило движение литосферных плит. Это подтверждается особенностями магнитного поля Марса, местами расположения некоторых вулканов, например, в провинции Фарсида, а также формой долины Маринер. Современное положение дел, когда вулканы могут существовать гораздо более длительное время, чем на Земле, и достигать гигантских размеров, говорит о том, что сейчас данное движение скорее отсутствует. В пользу этого говорит тот факт, что щитовые вулканы растут в результате повторных извержений из одного и того же жерла в течение длительного времени. На Земле из-за движения литосферных плит вулканические точки постоянно меняли своё положение, что ограничивало рост щитовых вулканов и, возможно, не позволяло достичь им такой высоты, как на Марсе. С другой стороны, разница в максимальной высоте вулканов может объясняться тем, что из-за меньшей силы тяжести на Марсе возможно построение более высоких структур, которые не обрушились бы под собственным весом. Возможно, на планете имеется слабая тектоническая активность, приводящая к образованию наблюдаемых с орбиты пологих каньонов.

Сравнение строения Марса и других планет земной группы

Современные модели внутреннего строения Марса предполагают, что он состоит из коры со средней толщиной 50 км (максимальная оценка – не более 125 км), силикатной мантии и ядра радиусом, по разным оценкам, от 1480 [104] до 1800 км. Плотность в центре планеты должна достигать 8,5 г/см³. Ядро частично жидкое и состоит в основном из железа с примесью 14—18% (по массе) серы, причём содержание лёгких элементов вдвое выше, чем в ядре Земли. Согласно современным оценкам, формирование ядра совпало с периодом раннего вулканизма и продолжалось около миллиарда лет. Примерно то же время заняло частичное плавление мантийных силикатов. Из-за меньшей силы тяжести на Марсе диапазон давлений в мантии Марса гораздо меньше, чем на Земле, а значит, в ней меньше фазовых переходов. Предполагается, что фазовый переход оливина в шпинелевую модификацию начинается на довольно больших глубинах – 800 км (400 км на Земле). Характер рельефа и другие признаки позволяют предположить наличие астеносферы, состоящей из зон частично расплавленного вещества. Для некоторых районов Марса составлена подробная геологическая карта.

Согласно наблюдениям с орбиты и анализу коллекции марсианских метеоритов, поверхность Марса состоит главным образом из базальта. Есть некоторые основания предполагать, что на части марсианской поверхности материал является более кварцесодержащим, чем обычный базальт, и может быть подобен андезитным камням на Земле. Однако эти же наблюдения можно толковать в пользу наличия кварцевого стекла. Значительная часть более глубокого слоя состоит из зернистой пыли оксида железа.

Магнитное поле

У Марса было зафиксировано слабое магнитное поле.

Согласно показаниям магнетометров станций «Марс-2» и «Марс-3», напряжённость магнитного поля на экваторе составляет около 60 гамм, на полюсе – 120 гамм, что в 500 раз слабее земного. По данным АМС «Марс-5», напряжённость магнитного поля на экваторе составляла 64 гаммы, а магнитный момент планетарного диполя – 2,4 × 1022 эрстед·см².

Магнитное поле Марса крайне неустойчиво, в различных точках планеты его напряжённость может отличаться от 1,5 до 2 раз, а магнитные полюса не совпадают с физическими. Это говорит о том, что железное ядро Марса находится в сравнительной неподвижности по отношению к его коре, то есть механизм планетарного динамо, ответственный за магнитное поле Земли, на Марсе не работает. Хотя на Марсе не имеется устойчивого всепланетного магнитного поля, наблюдения показали, что части планетной коры намагничены и что наблюдалась смена магнитных полюсов этих частей в прошлом. Намагниченность данных частей оказалась похожей на полосовые магнитные аномалии в мировом океане.

По одной теории, опубликованной в 1999 году и перепроверенной в 2005 году (с помощью беспилотной станции «Марс Глобал Сервейор»), эти полосы демонстрируют тектонику плит 4 миллиарда лет назад – до того, как гидромагнитное динамо планеты прекратило выполнять свою функцию, что послужило причиной резкого ослабления магнитного поля. Причины такого резкого ослабления неясны. Существует предположение, что функционирование динамо 4 млрд лет назад объясняется наличием астероида, который вращался на расстоянии 50—75 тысяч километров вокруг Марса и вызывал нестабильность в его ядре. Затем астероид снизился до предела Роша и разрушился. Тем не менее, это объяснение само содержит неясные моменты и оспаривается в научном сообществе.

Глобальная мозаика из 102 снимков, полученных искусственным спутником Марса «Викинг-1» 22 февраля 1980

Геологическая история

Согласно одной из гипотез, в далёком прошлом в результате столкновения с крупным небесным телом произошла остановка вращения ядра, а также потеря основного объёма атмосферы. Потеря легких атомов и молекул из атмосферы – следствие слабого притяжения Марса. Считается, что потеря магнитного поля произошла около 4 млрд. лет назад. Вследствие слабости магнитного поля солнечный ветер практически беспрепятственно проникает в атмосферу Марса, и многие из фотохимических реакций под действием солнечной радиации, которые на Земле происходят в ионосфере и выше, на Марсе могут наблюдаться практически у самой его поверхности.

Фактические данные

Научные гипотезы о существовании в прошлом жизни на Марсе присутствуют давно. По результатам наблюдений с Земли и данным космического аппарата «Марс-экспресс» в атмосфере Марса обнаружен метан. Позднее, в 2014 году, марсоход НАСА Curiosity зафиксировал всплеск содержания метана в атмосфере Марса и обнаружил органические молекулы в образцах, извлечённых в ходе бурения скалы Камберленд.

Распределение метана в атмосфере Марса в летний период в северном полушарии

В условиях Марса этот газ довольно быстро разлагается, поэтому должен существовать постоянный источник его пополнения. Таким источником может быть либо геологическая активность (но действующие вулканы на Марсе не обнаружены), либо жизнедеятельность бактерий. Интересно, что в некоторых метеоритах марсианского происхождения обнаружены образования, по форме напоминающие клетки, хотя они и уступают мельчайшим земным организмам по размерам. Одним из таких метеоритов является ALH 84001, найденный в Антарктиде в 1984 году.

ALH84001 под микроскопом

Важные открытия сделаны марсоходом «Curiosity». В декабре 2012 года были получены данные о наличии на Марсе органических веществ, а также перхлоратов. Те же исследования показали наличие водяного пара в нагретых образцах грунта. Интересным фактом является то, что «Curiosity» на Марсе приземлился на дно высохшего озера.

Анализ наблюдений говорит, что планета ранее имела значительно более благоприятные для жизни условия, нежели теперь. В ходе программы «Викинг», осуществлённой в середине 1970-х годов, была проведена серия экспериментов для обнаружения микроорганизмов в марсианской почве. Она дала положительные результаты: например, временное увеличение выделения CO2 при помещении частиц почвы в воду и питательную среду. Однако затем данное свидетельство жизни на Марсе было оспорено учёными команды «Викингов». Это привело к их продолжительным спорам с учёным из NASA Гильбертом Левиным, который утверждал, что «Викинг» обнаружил жизнь. После переоценки данных «Викинга» в свете современных научных знаний об экстремофилах было установлено, что проведённые эксперименты были недостаточно совершенны для обнаружения этих форм жизни. Более того, эти тесты могли убить организмы, даже если последние содержались в пробах. Тесты, проведённые в рамках программы «Феникс», показали, что почва имеет очень щелочной pH и содержит магний, натрий, калий и хлориды. Питательных веществ в почве достаточно для поддержания жизни, однако жизненные формы должны иметь защиту от интенсивного ультрафиолетового света.

На сегодняшний день условием для развития и поддержания жизни на планете считается наличие жидкой воды на её поверхности, а также нахождение орбиты планеты в так называемой зоне обитаемости, которая в Солнечной системе начинается за орбитой Венеры и заканчивается большой полуосью орбиты Марса. Вблизи перигелия Марс находится внутри этой зоны, однако тонкая атмосфера с низким давлением препятствует появлению жидкой воды на длительный период. Недавние свидетельства говорят о том, что любая вода на поверхности Марса является слишком солёной и кислотной для поддержания постоянной земноподобной жизни.

Отсутствие магнитосферы и крайне разрежённая атмосфера Марса также являются проблемой для поддержания жизни. На поверхности планеты идёт очень слабое перемещение тепловых потоков, она плохо изолирована от бомбардировки частицами солнечного ветра; помимо этого, при нагревании вода мгновенно испаряется, минуя жидкое состояние из-за низкого давления. Кроме того, Марс также находится на пороге т. н. «геологической смерти». Окончание вулканической активности, по всей видимости, остановило круговорот минералов и химических элементов между поверхностью и внутренней частью планеты.

Терраформированный Марс в представлении художника

Близость Марса и относительное его сходство с Землёй породило ряд фантастических проектов терраформирования и колонизации Марса землянами в будущем.

Марсоход «Curiosity» обнаружил сразу два источника органических молекул на поверхности Марса. Помимо кратковременного увеличения доли метана в атмосфере, аппарат зафиксировал наличие углеродных соединений в порошкообразном образце, оставшемся от бурения марсианской скалы. Первое открытие позволил сделать инструмент SAM на борту марсохода. За 20 месяцев он 12 раз измерил состав марсианской атмосферы. В двух случаях – в конце 2013 года и начале 2014 – «Curiosity» удалось обнаружить десятикратное увеличение средней доли метана. Этот всплеск, по мнению членов научной команды марсохода, свидетельствует об обнаружении локального источника метана. Имеет ли он биологическое или же иное происхождение, специалисты утверждать затрудняются вследствие нехватки данных для полноценного анализа.

Закат на Марсе 19 мая 2005 года. Снимок марсохода «Спирит», который находился в кратере Гусев

В полдень небо Марса жёлто-оранжевое. Причина таких отличий от цветовой гаммы земного неба – свойства тонкой, разреженной, содержащей взвешенную пыль атмосферы Марса. На Марсе рэлеевское рассеяние лучей (которое на Земле и является причиной голубого цвета неба) играет незначительную роль, эффект его слаб, но проявляется в виде голубого свечения при восходе и закате Солнца, когда свет проходит через атмосферу большее расстояние. Предположительно, жёлто-оранжевая окраска неба также вызывается присутствием 1% магнетита в частицах пыли, постоянно взвешенной в марсианской атмосфере и поднимаемой сезонными пылевыми бурями. Сумерки начинаются задолго до восхода Солнца и длятся долго после его захода. Иногда цвет марсианского неба приобретает фиолетовый оттенок в результате рассеяния света на микрочастицах водяного льда в облаках (последнее – довольно редкое явление).»6

Гидросфера Марса

Полярная шапка Марса

Так, на первых подробных изображениях поверхности Марса, полученные аппаратом Маринер-9, можно видеть сети долин (такие как долины Нергала) – элементы рельефа, свидетельствующие о присутствии в прошлом жидкой воды, в частности, подтопления грунтовыми водами склонов оврагов, поскольку они выглядят идентично эрозионным структурам на Земле, например, на Гавайских островах и в каньонах Эскаланте плато Колорадо.

Помимо разветвлённой сети долин, начиная с этих ранних снимков Маринера-9 различают элементы рельефа, связанные с интенсивным разливом и называемые каналами оттока. Они выглядят как уменьшенная копия крупнейших земных дилювиальных форм. На сегодняшний день считается общепризнанной гипотеза, что происхождение этих каналов также связано именно с жидкой водой, хотя теоретически возможны и другие варианты. Каналы оттока в основном моложе сетей долин, хотя встречаются и достаточно древние образования. По всей видимости, они сформировались в период, когда условия на поверхности Марса были примерно такими же, как сейчас.

Равновеликая азимутальная проекция Ламберта рельефа поверхности Марса от северного полюса до экватора, отснятого высотомером MOLA. Граница Северной низменности сильно напоминает берег океана, возможно, покрывавшего эту площадь в древности.

Аппаратом Mars Global Surveyor были получены и обычные снимки, и их анализ в 2000 году подтвердил существование каналов, сформированных потоками жидкой воды, а также песка и грязевых отложений, оставленных этими потоками. Эти элементы рельефа были настолько свежими, что можно говорить о том, что они формируются и в настоящий период. Позже наличие на тёплых склонах так называемых сезонных поверхностных линий – темных полос, появляющихся на поверхности планеты в теплое время года и похожих на отложения солей, – было засвидетельствовано снимками камеры HiRISE на орбитальном аппарате «Mars Reconnaissance Orbiter». А с помощью спектрометра CRISM на его борту в 2015 году наконец было подтверждено, что они образуются на месте периодических потоков солёной воды в жидком состоянии. Активные исследования сезонных поверхностных линий продолжаются, в том числе и с помощью других инструментов, например, THEMIS на орбитальном аппарате «Марс Одиссей».

Примерно в этот же период (в начале XXI в.) с помощью гамма-спектрометра на орбитальном аппарате «Марс Одиссей» было обнаружено большое количество водорода в приповерхностном слое Марса – особенно в приполярных областях – что, скорее всего, свидетельствует о нахождении там колоссального количества (35 ± 15% слоя по весу) воды в твёрдом состоянии. Присутствие льда было подтверждено данными марсохода «Феникс», работавшего возле северного полюса планеты: белое вещество, обнаруженное на дне вырытой им небольшой траншеи, испарилось за несколько дней, что характерно именно для льда. Аналогичный процесс был зарегистрирован аппаратом «Mars Reconnaissance Orbiter» и для вещества на дне свежих кратеров, в том числе и на низких широтах. На снимках аппаратов «Mars Global Surveyor», «Марс Одиссей», «Mars Reconnaissance Orbiter» и «Марс Экспресс» можно видеть ещё одно свидетельство повсеместного присутствия льда в приповерхностном слое Марса – формы рельефа, напоминающие земные ледники. А радиолокатор SHARAD на аппарате «Mars Reconnaissance Orbiter» подтвердил, что под тонким слоем пыли и грязи в этих образованиях (в том числе в средних широтах) действительно находится лёд.

Узкие овраги на склоне кратера Ньютон, возможно, созданные потоками жидкой воды. Снимок аппарата Mars Global Surveyor, 2000 г.

Динамика сезонных поверхностных линий на склоне кратера Ньютон, составленная по данным аппарата «Mars Reconnaissance Orbiter» в 2011 г.

Испарение льда на дне канавки, сделанной аппаратом «Феникс» в 2008 г.

Запасы воды на Марсе в настоящее время

Лёд

Содержание льда в приповерхностном слое, измеренное аппаратом Марс Одиссей на низких широтах (слева) и в приполярных областях (справа).

В настоящее время открытые и достоверно установленные объёмы воды на Марсе сосредоточены преимущественно в так называемой криосфере – приповерхностном слое вечной мерзлоты мощностью в десятки и сотни метров. Бо́льшая часть этого льда находится под поверхностью планеты, поскольку при нынешних климатических условиях не может существовать стабильно и оказавшись на поверхности, быстро испаряется; только в приполярных областях температура достаточно низкая для стабильного существования льда в течение всего года – это полярные шапки. Общий объём льда на поверхности и в приповерхностном слое оценивается в 5 млн км³ (а в более глубоких слоях, вероятно, могут быть сосредоточены гораздо бо́льшие запасы подмерзлотных солёных вод. Их объём оценивается в 54—77 млн км3.) В расплавленном состоянии он покрыл бы поверхность Марса слоем воды толщиной 35 м.

На полюсах концентрация водного льда в криосфере ожидаемо высока – до 100%. Объём льда в полярных шапках планеты составляет 2—2,8 млн км3 На широтах выше 60° она практически везде не менее 20%; ближе к экватору – в среднем несколько ниже, но всё же повсюду отлична от нуля, больше всего – до 10% – в районе вулканов в Элизиуме, в Сабейской земле и к северу от земли Сирен.

Вода на Марсе в прошлом

Водяной лёд не может стабильно существовать на Марсе при сегодняшних климатических условиях, однако подтверждено, что он присутствует в приповерхностном слое практически повсеместно, в том числе в приэкваториальных областях. Наиболее вероятно, что он оказался там в более ранний период эволюции планеты, когда угол наклона оси вращения Марса достигал больших значений порядка 45°. Численное моделирование показало, что при этом в полярных областях, которые становятся самыми тёплыми участками, H2O и CO2 сублимируются в атмосферу, затем вода конденсируется в лёд и снег в низких широтах, где теперь холодно, и таким образом полярные шапки смещаются к экватору. Подтверждением этому являются обнаруживаемые во многих (в том числе приэкваториальных) областях Марса формы рельефа, напоминающие земные ледники: очевидно, что они сформировались именно в такой период. Наоборот, когда наклон оси вращения уменьшается, в полярных областях снова становится холоднее, а в экваториальных – теплее; вода, замёрзшая там в приповерхностных слоях, сублимируется и снова конденсируется в ледяные полярные шапки. Последовательное чередование этих периодов можно отследить по формирующимся таким образом слоистым отложениям в полярных шапках, однако для этого необходимо сделать допущение о том, сколько времени требуется на образование каждого слоя. На предмет того, насколько частыми были такие смены, продолжается дискуссия: моделирование климата (ключевое влияние на который оказывает хаотический процесс изменения наклона угла оси вращения), особенно в геологических временных масштабах, на сегодняшний день невозможно с требуемой точностью.

Вода (по крайней мере чистая) в жидком состоянии сейчас также не может существовать на Марсе стабильно, однако судя по многочисленным свидетельствам, ранее ситуация была иной. Очевидно, что для этого температура и парциальное давление водяного пара в атмосфере должны были быть выше тройной точки на фазовой диаграмме, тогда как сейчас они далеки от соответствующих значений. Если повысится только температура, а давление останется низким, лёд сублимируется напрямую в водяной пар, минуя жидкую фазу. Между тем, даже повысить температуру на 50° очень затруднительно и возможно лишь посредством парникового эффекта. Однако лавинный парниковый эффект за счёт паров воды в атмосфере, в отличие от Земли, на Марсе невозможен из-за низких температур, при которых водяной пар не сможет стабильно оставаться в атмосфере и неизбежно сконденсируется на поверхности планеты обратно в лёд. Но другой парниковый газ – CO2 – вполне может существовать в условиях Марса, и благодаря ему температура может повыситься до значений, при которых стабилен водяной пар, а когда его становится в атмосфере больше, его парциальное давление может стать достаточным уже для существования жидкой воды. Для этого необходимо парциальное давление углекислого газа порядка 1 атм. Правда, если даже такой механизм имел место, неизвестно, куда делся теперь весь этот объём CO2, – он мог остаться в отложениях карбоната кальция либо улетучиться с остальной атмосферой.

Ряд авторов не разделяет эту гипотезу, полагая, что углекислый газ не может обеспечить достаточной интенсивности парникового эффекта. Предлагались механизмы, задействующие другие парниковые газы, например, водород, предположительно вулканического происхождения. На сегодняшний день на этот счёт нет общепринятой теории, во многом из-за трудностей моделирования парникового эффекта даже на Земле, в котором и по настоящий момент остаётся много неопределённости.

Эволюция гидросферы Марса

Так мог бы выглядеть древний Марс, если бы на нём имелся океан.

Большой интерес в геологическом прошлом планеты Марс вызывают два промежутка времени – Гесперийская эра и Амазонийская эра.

Гесперийская эра

В Гесперийскую эру (3,5—2,5 млрд лет назад) Марс достиг вершины своей эволюции и имел постоянную гидросферу. Северную равнину планеты в ту эру занимал солёный океан объёмом до 15—17 млн км³ и глубиной 0,7—1 км (для сравнения, Северный Ледовитый океан Земли имеет объём 18,07 млн км³). В отдельные промежутки времени этот океан распадался на два. Один океан, округлый, заполнял бассейн ударного происхождения в районе Утопии, другой, неправильной формы, – район Северного полюса Марса. В умеренных и низких широтах было много озёр и рек, на Южном плато – ледники. Марс обладал очень плотной атмосферой, аналогичной той, которая в то время была у Земли, при температуре у поверхности доходившей до 50° C и давлении свыше 1 атмосферы. Теоретически в Гесперийскую эру на Марсе могла существовать и биосфера.

Амазонийская эра

В Амазонийскую эру (около 2,5—1 млрд лет назад) климат на Марсе стал катастрофически быстро меняться. Происходили мощнейшие, но постепенно затухающие глобальные тектонические и вулканические процессы, в ходе которых возникли крупнейшие в Солнечной системе марсианские вулканы (Олимп), несколько раз сильно изменялись характеристики самой гидросферы и атмосферы, появлялся и исчезал Северный океан. Катастрофические наводнения, связанные с таянием криосферы привели к образованию грандиозных каньонов: в долину Ареса с южных нагорий Марса стекал поток полноводнее Амазонки; расход воды в долине Касей превышал 1 млрд м³/с. Миллиард лет назад активные процессы в литосфере, гидросфере и атмосфере Марса прекратились, и он принял современный облик. Виной глобальных катастрофических изменений марсианского климата считаются большой эксцентриситет орбиты и неустойчивость оси вращения, вызывающие огромные, до 45%, колебания потока солнечной энергии, падающей на поверхность планеты; слабый приток тепла из недр Марса, обусловленный небольшой массой планеты, и высокой разрежённостью атмосферы, обусловленной высокой степенью её диссипации.»7

Из всего того, что описано выше можно сделать следующий вывод на планете Марс были океаны, позже произошла катастрофа и была сорвана атмосфера, смещен центр тяжести (ядро), либо были образованы масконы (гравитационные концентрации масс, подобные лунным). В защиту этой версии говорит наличие полости имеющей высокое давление атмосферы, напомню, что в жидком виде вода отсутствует по причине низкого атмосферного давления, в то время как в твердом виде в довольно большом количестве. Видимо во время катастрофы часть воды выплеснулось в космос, другая вместе с поверхностным слоем грунта осела обратно. Катастрофа активизировала тектоническую активность, отсюда видимо столько углекислого газа, и уменьшившегося при горении кислорода. Не стоит забывать о грунтовых водах, гейзерах и прочих полостях (из которых поднимаются газы). Периодически на поверхность просачивается соленая вода. Следовательно, при наличии полостей и области высокого давления (скорее всего вызванной «областной» гравитацией), возможна вода в жидком виде, что самое интересное при более низких температурах. Всё новые и новые стороны привычных фактов, схожие принципы существование жидкой воды на планетах, но всё же у каждой они уникальны, и это не может не увлекать наш разум, нашу душу, всё наше естество. Тогда мы должны продолжить этот замечательный поиск. В добрый путь.

Планетоиды. Церера

Церера

Снимок Цереры в натуральном цвете, сделанный АМСDawn 4 мая 2015 года

Цере́ра (1 Ceres по каталогу ЦМП) – ближайшая к Солнцу и наименьшая среди известных карликовых планет Солнечной системы. Расположена в поясе астероидов. Церера была открыта вечером 1 января 1801 года итальянским астрономом Джузеппе Пиацци в Палермской астрономической обсерватории. Некоторое время Церера рассматривалась как полноценная планета Солнечной системы; в 1802 году она была классифицирована как астероид, но продолжала считаться планетой ещё несколько десятилетий, а по результатам уточнения понятия «планета» Международным астрономическим союзом 24 августа 2006 года на XXVI Генеральной Ассамблее МАС была отнесена к карликовым планетам. Она была названа в честь древнеримской богини плодородия Цереры.

При диаметре около 950 км Церера является крупнейшим и наиболее массивным телом в поясе астероидов, по размерам превосходит многие крупные спутники планет-гигантов и содержит почти треть (32%) общей массы пояса. Она имеет сферическую форму, в отличие от большинства малых тел, форма которых из-за слабой гравитации неправильна. Судя по плотности Цереры, на 20—30% она состоит из водяного льда. Вероятно, её недра дифференцированы на каменное ядро и ледяную мантию. Лёд обнаружен и на поверхности Церер; кроме того, в состав поверхности, вероятно, входят различные гидратированные вещества, а также карбонаты (доломит, сидерит) и богатые железом глинистые минералы (кронстедтит). В 2014 году телескоп «Гершель» обнаружил вокруг карликовой планеты водяной пар.

С Земли видимый блеск Цереры колеблется от 6,7 до 9,3 звёздной величины. Этого мало для того, чтобы можно было различить её невооруженным глазом. 27 сентября 2007 года НАСА запустило зонд Dawn для изучения Весты (2011—2012) и Цереры (2015). 6 марта 2015 года аппарат вышел на орбиту Цереры.

Орбита

Расположение орбиты Цереры

Орбита Цереры лежит между орбитами Марса и Юпитера в поясе астероидов и весьма «планетообразна»: слабоэллиптична (эксцентриситет0,08) и имеет умеренный (10,6°) по сравнению с Плутоном (17°) и Меркурием (7°) наклон к плоскости эклиптики. Большая полуось орбиты составляет 2,76 а. е., расстояния в перигелии и афелии – 2,54, 2,98 а. е. соответственно. Период обращения вокруг Солнца – 4,6 года. Среднее расстояние до Солнца 2,77 а. е. (413,9 млн км). Среднее расстояние между Церерой и Землёй ~ 263,8 млн км. Церерианские сутки длятся приблизительно 9 часов и 4 минуты.

В прошлом считалось, что Церера принадлежит к одному из семейств астероидов – семейству Гефьён. На это указывало сходство её орбиты с орбитами членов этого семейства. Но спектральные характеристики Цереры и этих астероидов оказались различными и, по-видимому, сходство орбит – лишь случайность. Кроме того, была высказана гипотеза о существовании семейства Цереры, включающего 7 астероидов.

Орбита Цереры

На изображении представлена орбита Цереры (выделена синим цветом) и орбиты некоторых других планет (выделены белым и серым цветом). Более тёмным цветом выделена область орбиты ниже эклиптики, а оранжевым плюсом по центру обозначено Солнце. На диаграмме сверху слева показано расположение орбиты Цереры между орбитами Марса и Юпитера. На диаграмме сверху справа видно расположение перигелия (q) и афелия (Q) Цереры и Марса. Перигелий Марса находится на противоположной стороне от Солнца по сравнению с перигелием Цереры и перигелиями нескольких из больших астероидов, таких как (2) Паллада и (10) Гигея. На нижней диаграмме показан наклон орбиты Цереры относительно орбит Марса и Юпитера.

В 2011 году сотрудники Парижской обсерватории, после компьютерного моделирования с учётом поведения 8 планет Солнечной системы, а также Плутона, Цереры, Луны, Паллады, Весты, Ириды и Бамберги, обнаружили у Цереры и Весты нестабильность орбит и возможность их столкновения с вероятностью 0,2% в течение одного миллиарда лет.

Жак Ласкар (Jacques Laskar) в журнале «Astronomy & Astrophysics» пишет, что «возможно столкновение Цереры и Весты, с вероятностью 0,2% на миллиард лет» и «даже если космические миссии позволят провести очень точные измерения положений Цереры и Весты, их движения будут непредсказуемы уже через 400 тысяч лет». Данное исследование значительно снижает возможность прогнозирования изменения земной орбиты.

Физические характеристики

Размеры Цереры по сравнению с некоторыми спутниками планет.

Церера – самый крупный известный объект в поясе астероидов, располагающемся в пространстве между Марсом и Юпитером. Её масса была определена на основе анализа влияния на меньшие астероиды. Полученные результаты у разных исследователей немного отличаются. Принимая во внимание три наиболее точных значения, измеренных к 2008 году, считается, что масса Цереры равна 9,4·1020 кг, что составляет почти треть всей массы пояса астероидов (3,0 ± 0,2·1021 кг), но в то же время более чем в 6000 раз уступает массе Земли и составляет около 1,3% от массы Луны. Значительность массы Цереры привела к тому, что под действием собственной гравитации это небесное тело, как и многие другие планетоиды, приобрело форму, близкую к сферической, с размерами 975×909 км.

Строение Цереры

Строение Цереры: 1 – тонкий слой реголита; 2 – ледяная мантия; 3 – каменное ядро

В отличие от большинства астероидов, на Церере после приобретения сферической формы началась гравитационная дифференциация недр – более тяжёлые породы переместились в центральную часть, более лёгкие сформировали поверхностный слой. Таким образом сформировалось каменное ядро и криомантия из водяного льда. Судя по низкой плотности Цереры (2,16 г/см³), толщина её мантии достигает 100 км (23—28% массы и 50% объёма карликовой планеты), и кроме того она содержит значительное количество льда: 200 миллионов кубических километров, что превосходит количество пресной воды на Земле. Эти данные подтверждаются наблюдениями, сделанными обсерваторией Кека в 2002 году и эволюционным моделированием. Кроме того, некоторые характеристики поверхности и геологической истории (например, большое расстояние Цереры от Солнца, благодаря чему солнечное излучение ослаблено настолько, чтобы позволить некоторым компонентам с низкой температурой замерзания сохраниться в её составе в процессе формирования), указывают на наличие летучих веществ в недрах Цереры.

На начальном этапе существования ядро Цереры могло разогреваться за счёт радиоактивного распада и, возможно, какая-то часть ледяной мантии находилась в жидком состоянии. По всей видимости, значительная часть поверхности и сейчас покрыта льдом или некой разновидностью ледяного реголита. По аналогии с ледяными спутниками Юпитера и Сатурна можно предположить, что под действием УФ излучения Солнца часть воды диссоциирует и образует сверхразреженную «атмосферу» Цереры. Также остаётся открытым вопрос о наличии на Церере сейчас или в прошлом криовулканизма: самая большая гора, гора Ахуна, по результатам обработки данных зонда Dawn (2016 г.) является ледяным криовулканом, а значит, карликовая планета была геологически активна по крайней мере в течение последнего миллиарда лет, а возможно, активна и сейчас..

Команда миссии Dawn обнаружила и прямые свидетельства наличия водного льда в приповерхностном слое – на это указали данные инфракрасных исследований кратера Оксо (Oxo). В 2016 году была теоретически установлена возможность стабильного существования льда в приполярных кратерах, дно которых никогда не освещается Солнцем («холодных ловушках»). Этот вывод подтвердился наблюдениями инфракрасного спектрометра аппарата Dawn. В северной полярной области Цереры найдено 634 таких кратера, в 10 из них обнаружены залежи яркого материала, и для одного из этих ярких пятен спектроскопически подтверждено, что оно образовано льдом. Более того, по результатам анализа данных другого инструмента зонда Dawn, детектора нейтронов и гамма-излучения GRaND, лёд присутствует в приповерхностном слое (глубиной менее 1 метра) карликовой планеты повсеместно, а не только в отдельных кратерах; наибольшее же его количество наблюдается в приполярных широтах – до 30%. Этот вывод сделан на основании измерения содержания водорода; также были измерены концентрации калия, железа и углерода. Судя по этим данным, верхний слой коры Цереры представляет собой глинистый материал с порами, заполненными льдом (порядка 10% по весу). Последующий анализ изображений геологических структур даёт оценку содержания воды до 50%. Всё это свидетельствует в пользу теории о ранней дифференциации карликовой планеты на тяжёлое каменное ядро и более лёгкие вещества у поверхности, в том числе водяной лёд, который и сохранился на протяжении всего этого времени.

Спутников у Цереры не обнаружено. По крайней мере пока, наблюдения «Хаббла» исключают существование спутников размерами более 10—20 км.

Поверхность

Яркое пятно на снимках Цереры, сделанных космическим телескопом «Хаббл» в 2003—2004 гг. с разрешением 30 км/пиксель

На земном небосклоне Церера предстаёт слабой звёздочкой всего лишь 7-й величины. Её видимый диск очень мал, и первые детали на нём удалось разглядеть только в конце XX века с помощью орбитального телескопа «Хаббл». На поверхности Цереры различимы несколько светлых и тёмных структур, предположительно кратеров. По слежению за ними удалось точно установить период вращения Цереры (9,07 часа) и наклон оси вращения к плоскости орбиты (менее 4°). Самая яркая структура (см. рисунок справа) в честь первооткрывателя Цереры получила условное название «Пьяцци». Возможно, это кратер, обнаживший ледяную мантию или даже криовулкан. Наблюдения в ИК диапазоне показали, что средняя температура поверхности составляет 167 К (—106° C), в перигелии она может достигать 240 К (—33° C). Радиотелескопом в Аресибо несколько раз проводилось исследование Цереры в диапазоне радиоволн. По характеру их отражения было установлено, что поверхность Цереры довольно гладкая – видимо, за счёт высокой эластичности ледяной мантии.

Наиболее яркое пятно на Церере, запечатленное станцией «Dawn» с расстояния в 46 000 км 19 февраля 2015 года. Оказалось, что это пятно состоит из двух частей, находящихся в кратере Оккатор

Группа ярких пятен внутри кратера Оккатор на детальном снимке, полученном станцией «Dawn» в августе 2015 г. На более ранних снимках низкого разрешения они сливаются в одно крупное пятно

В спектрах, полученных в 2015 году станцией «Dawn», вода отсутствует, однако видна полоса гидроксила OH и несколько более слабая полоса аммония – скорее всего, это аммонизированная глина, в которой вода связана химически, в форме гидроксила. Присутствие аммиака пока не имеет объяснения, его снеговая линия лежит далеко за пределами орбиты Цереры.

Также на основании данных, полученных КА Dawn, о частотном распределении кратеров по размерам на поверхности Цереры, было сделано заключение, что малое по сравнению с ожидаемым число крупных кратеров свидетельствует о том, что поверхность подвергается постепенным изменениям.

Гора Ахуна: фотография зонда Dawn

Проанализировав снимки основной камеры Dawn, геологи из США, Италии, Франции и Германии обнаружили на поверхности Цереры следы активности, связанной с большим содержанием воды в верхних слоях породы. Выявлено три типа потоков материи. Первый в основном встречается на высоких широтах – он напоминает земные ледники – это пласты земли, смещающиеся и обрушивающие края кратеров. Второй тип смещений, также преобладающий вблизи полюсов, – аналог оползней. Третий обычно ассоциирован с крупными кратерами и обладает структурой, напоминающей селевые потоки; ученые сравнивают его со специфическими кратерами, где происходят жидкие выбросы, – такие часто встречаются на Марсе, а на Земле примером является Нёрдлингенский Рис. Все эти смещения встречаются на поверхности планетоида очень часто – их можно обнаружить рядом с 20—30 процентами всех кратеров диаметром более 10 километров.

Дальнейшие исследования

До 2015 года единственным способом изучения Цереры оставались телескопические наблюдения. Регулярно проводились кампании по наблюдению покрытий звёзд Церерой, по возмущениям в движении соседних астероидов и Марса уточнялась её масса.

В январе 2014 года было сообщено об обнаружении вокруг Цереры с помощью инфракрасного телескопа «Гершель» облаков водяного пара. Таким образом, Церера стала четвёртым телом Солнечной системы, на котором зафиксирована водная активность (после Земли, Энцелада и, возможно, Европы).

18 и 25 февраля 2015 года НАСА были опубликованы детальные снимки карликовой планеты, на которых видны два ярких белых пятна, природа которых сначала была не ясна. В декабре 2015 года был опубликован вывод, что они состоят из гидратированного сульфата магния, но впоследствии другая группа астрономов, работавшая с более точным спектрографом, на основании анализа спектра пришла к заключению, что это карбонат натрия (сода).

Данные КА Dawn позволили уточнить (в сторону уменьшения) массу и размер Цереры. Экваториальный диаметр Цереры составляет 963 км, а полярный – 891 км. Масса Цереры составляет 9,39·1020 кг.» 8

Названия 17 кратеров на карте высот поверхности Цереры (красные тона – высокие участки, синие – низкие)

Информация довольно полная, для нас же будет интересным провести анализ тех новых фактов, что уже имеются. Во-первых это наличие мантии в виде водяного льда, наличие в коре и приповерхностном слое. Во вторых наличие криовулканов и водяного пара окружающего Цереру. Есть гипотеза, что УФ-излучение нагревает поверхность и создает извержение из жидкой воды. Я предполагаю, что нагрев происходит не излучением, а приливным трением. Да, действительно Церера (как было указано выше) испытывает довольно сильное влияние планет-соседей, плюс ко всему, она не только «зажата» между планетами, но и находится рядом с планетами гигантами, что не может не повлиять на воду внутри. Учитывая, что водяной лед расположен между двумя твердыми поверхностями – реголит и каменное ядро, трение о которые однозначно вызовет нагрев льда и образование жидкой воды – к слову сказать на Земле прилив также вызывает трение воды о кору (нагревая) и искривление русел рек. Зная это станет ясно, происхождение криовулканов – теплая вода нагреваясь в замкнутом объеме вырывается наружу. И еще немного о каменном ядре, действуя как тепловой аккумулятор, оно сохраняя тепло, отдаст его остывающей воде, в тот период когда она не испытывает гравитационного возмущения. Плюс наличие соды как антифриза значительно понижает температуру замерзания. Таким образом, теплая вода может находиться там постоянно, да и наличие льда маловероятно потому, что водяной лед охлаждаясь расширяется, что могло бы повредить верхнему слою Цереры.

Спутники Юпитера. Ио

Фото Ио, сделанное аппаратом «Галилео» в 1999 году. Желтоватый цвет говорит о высоком содержании серы. Тёмное пятно левее центра – извергающийся вулкан Прометей, его окружают светлые равнины, покрытые оксидом серы

«И́о или Иó (др.-греч. Ἰώ) – спутник Юпитера, самый близкий к планете из четырёх галилеевых спутников. Назван в честь мифологической Ио – жрицы Геры и возлюбленной Зевса. Имеет диаметр 3642 км, что делает её четвёртым по величине спутником в Солнечной системе.

Спутник является самым геологически активным телом Солнечной системы, на нём находится более 400 действующих вулканов. Такая активность обусловлена периодическим нагревом недр спутника в результате трения, которое происходит, скорее всего, из-за приливных гравитационных воздействий со стороны Юпитера, Европы и Ганимеда. У некоторых вулканов выбросы серы и диоксида серы настолько сильны, что поднимаются на высоту 500 километров. На поверхности Ио можно заметить более ста гор, которые выросли благодаря сжатию в основании силикатной коры спутника. Некоторые из этих пиков выше горы Джомолунгма на Земле – например, гора Южная Боосавла выше Джомолунгмы в два раза. В отличие от большинства спутников во внешней части Солнечной системы (которые в основном состоят из водяного льда), Ио в основном состоит из силикатных пород, окружающих расплавленное ядро из железа или сернистого железа. На большей части поверхности Ио простираются обширные равнины, покрытые замороженной серой или диоксидом серы.

Линии магнитного поля Юпитера, которые пересекают Ио, соединяют атмосферу Ио и нейтральное облако с верхними слоями полярной атмосферы Юпитера электрическим током, известным как потоковая трубка Ио. Этот ток служит причиной полярных сияний в юпитерианской атмосфере, которые именуются «следом Ио», а также сияний в атмосфере Ио. Частицы, идущие по этой трубке, делают полярные области Юпитера тёмными в видимом свете. Местоположение Ио и её «следа» в атмосфере Юпитера относительно Земли и Юпитера сильно влияет на интенсивность наблюдаемого радиоизлучения Юпитера: она сильно увеличивается, когда Ио в зоне видимости. КА «Юнона», который стартовал к Юпитеру 5 августа 2011 года и прибыл к нему в июле 2016, должен пролить свет на взаимодействие между Ио и магнитосферой Юпитера. Линии юпитерианского магнитного поля, проходящие сквозь ионосферу Ио, генерируют электрические токи, которые создают магнитное поле в недрах Ио. Считается, что индуцированное магнитное поле Ио генерируется в частично расплавленной силикатной магме в 50 километрах под поверхностью спутника. Схожие индуцированные магнитные поля «Галилео» обнаружил и на остальных галилеевых спутниках, где они генерируются предположительно подповерхностными водными океанами.

Магнитометр«Галилео» не обнаружил у Ио собственного магнитного поля, и это указывает на то, что в её железном ядре нет конвекции.

Приливный разогрев

Наиболее вероятным источником внутреннего тепла Ио (в отличие от Земли и Луны) считают приливный разогрев недр спутника в результате орбитальных резонансов Ио с Европой и Ганимедом, а не радиоактивный распад. Такой разогрев зависит от расстояния между Ио и Юпитером, эксцентриситета её орбиты, состава и физических характеристик её недр. Резонанс Лапласа с Европой и Ганимедом поддерживает эксцентриситет Ио и предотвращает скругление орбиты Ио, которое иначе происходило бы из-за диссипации приливной энергии. Орбитальный резонанс поддерживает и текущий радиус орбиты Ио (иначе приливы на Юпитере заставляли бы Ио медленно удаляться от него). Изменение высоты приливного горба Ио между апоцентром и перицентром может достигать 100 метров. Трение при этих подвижках создаёт в недрах Ио приливный разогрев, а он поддерживает расплавленной существенную часть мантии и ядра спутника. Это делает возможной вулканическую активность [75]. Приливный разогрев даёт примерно в 200 раз больше тепла, чем радиоактивный распад [9]. Оценки, сделанные на основе измерений теплового потока из «горячих» областей Ио, показали, что мощность приливного разогрева может достигать (0,6…1,6) ×108 МВт, что на два порядка превышает суммарную мощность, потребляемую человечеством (2×106 МВт). Модели орбиты Ио показывают, что мощность приливного разогрева недр Ио изменяется со временем, и текущий тепловой поток не репрезентативен для долгосрочной перспективы.

Поверхностный состав

Картирование состава и высокая плотность Ио указывают на то, что на Ио практически нет воды, хотя там были ориентировочно идентифицированы небольшие карманы водяного льда или гидратированных минералов (прежде всего на северо-западной стороне горы Gish Bar Mons). Эта нехватка воды, вероятно, связана с тем, что во времена формирования Солнечной системы Юпитер был достаточно горячим, чтобы такие летучие вещества, как вода, улетучились из окрестностей Ио (хотя и недостаточно горячим, чтобы так произошло и на более далёких спутниках).

Атмосфера

Полярное сияние в верхних слоях атмосферы Ио. Различными цветами светятся различные компоненты атмосферы. Зелёное свечение даёт натрий, красное – кислород, синее – вулканические газы, такие как диоксид серы. Изображение получено во время затмения на Ио

На изображениях Ио, сделанных высокочувствительными камерами во время затмения спутника, видны полярные сияния. Как и на Земле, эти сияния вызываются радиацией, поражающей атмосферу, но в случае Ио заряженные частицы прибывают по линиям магнитного поля Юпитера, а не от солнечного ветра. Обычно полярные сияния наблюдаются возле магнитных полюсов планет, но у Ио они самые яркие вблизи экватора. У Ио нет собственного магнитного поля, поэтому заряженные частицы, движущиеся вдоль магнитного поля Юпитера, беспрепятственно воздействуют на атмосферу спутника. Ярчайшие полярные сияния возникают вблизи экватора – там, где линии магнитного поля параллельны поверхности спутника и, следовательно, пересекают бо́льшую толщу газа. Полярные сияния в этих областях колеблются в зависимости от изменений ориентации наклонённого магнитного диполя Юпитера. Кроме экваториальных, наблюдаются и другие полярные сияния (тоже видимые на изображении выше): красное свечение атомов кислорода вдоль лимба Ио и зелёное свечение атомов натрия на её ночной стороне.» 9

Что же можно добавить, спутник действительно очень горячий, но тем не менее даже там в поверхностных карманах на таком жарком теле есть водяной лед.

Но, что если под поверхностью пусть и в небольшом количестве есть жидкая вода?

«Линии юпитерианского магнитного поля, проходящие сквозь ионосферу Ио, генерируют электрические токи, которые создают магнитное поле в недрах Ио. Считается, что индуцированное магнитное поле Ио генерируется в частично расплавленной силикатной магме в 50 километрах под поверхностью спутника. Схожие индуцированные магнитные поля „Галилео“ обнаружил и на остальных галилеевых спутниках, где они генерируются предположительно подповерхностными водными океанами.»

По сути такое горячее тело, не должно иметь жидкости, однако не будем спешить и примем во внимание еще один факт:

«Картирование состава и высокая плотность Ио указывают на то, что на Ио практически нет воды, хотя там были ориентировочно идентифицированы небольшие карманы водяного льда или гидратированных минералов (прежде всего на северо-западной стороне горы Gish Bar Mons).»

На Ио есть гидратированные минералы, то есть лед в породе, а значит он идет из под поверхности. На юпитерианской стороне с ее высокими температурами вряд ли возможно, а вот вода на противоюпитерианской стороне постоянно отвернутой от перегрева и геоактивности, создает более благоприятные условия для существования под поверхностью жидкой воды. Естественно будет упомянуто коррозийное свойство расширяющегося льда, который наверняка проложил себе грунтовый путь. Теплообмен от горячей стороны компенсирует поддержание тепла сверху, а приграничные районы дня и ночи станут причиной подтаивания внутрипородного льда. Сами же границы из-за постоянной активности с одной стороны и отсутствия ее с другой, а также постоянного температурного перепада явно создали там полости, пещеры. Продолжая далее рассуждение станет ясно, что «добравшийся» до теплой стороны и пещер лед, подтаивая, начнет вначале конденсировать от нагрева, а после пойдет теплым потоком по коррозированным щелям обратно, а после остывая снова к горячей стороне, и так до тех пор пока не возникнут полости-русла где сможет также попутно идти водяной пар. Он же в свою очередь более равномерно сможет поддерживать полостное, пещерное пространство под поверхностью на противоюпитерианской стороне. Да, кстати кислород (дающий красный свет при полярных сияниях) может быть «родом» из недр спутника Ио как показатель жидкой и газообразной воды (распад пара на H2 и O2 при определенной температуре и и электрическом поле – разряды между Ио и Юпитером) находящихся в глубинах.

Европа (спутник)

«Евро́па (др.-греч. Ἐυρώπη), или Юпитер II – шестой спутник Юпитера, наименьший из четырёх галилеевых спутников.

По размерам уступая Луне, Европа состоит в основном из силикатных пород, а в центре содержит железное ядро. Поверхность состоит изо льда и является одной из самых гладких в Солнечной системе; на ней очень мало кратеров, но много трещин. Легко заметная молодость и гладкость поверхности привели к гипотезе, что под ней находится водяной океан, в котором не исключено наличие микроскопической жизни. Вероятно, он не замерзает благодаря приливным силам, периодические изменения которых вызывают деформацию спутника и, как следствие, нагрев его недр. Это же служит причиной эндогенной геологической активности Европы, напоминающей тектонику плит. У спутника есть крайне разрежённая атмосфера, состоящая в основном из кислорода.

Однако некоторые данные указывают на то, что приливный захват спутника неполон и его вращение немного асинхронно: Европа вращается быстрее, чем обращается вокруг планеты, или, по крайней мере, так было в прошлом. Это говорит об асимметричном распределении массы в её недрах и о том, что ледяная кора отделена от каменной мантии слоем жидкости.

Хотя эксцентриситет орбиты Европы невелик, он даёт начало её геологической активности. Когда Европа приближается к Юпитеру, их приливное взаимодействие усиливается, и спутник слегка вытягивается вдоль направления на планету. Спустя половину периода обращения Европа отдаляется от Юпитера и приливные силы слабеют, позволяя ей вновь стать более круглой. Кроме того, из-за эксцентричности орбиты Европы её приливные горбы периодически смещаются по долготе, а из-за наклона оси её вращения – по широте. Величина приливных деформаций, согласно расчётам, лежит в пределах от 1 м (если спутник полностью твёрдый) до 30 м (если под корой есть океан). Эти регулярные деформации способствуют перемешиванию и нагреву недр Европы. Тепло стимулирует подземные геологические процессы и, вероятно, позволяет подповерхностному океану оставаться жидким. Первоисточник энергии для этого процесса – вращение Юпитера вокруг своей оси. Его энергия превращается в энергию орбитального движения Ио посредством приливов, вызываемых этим спутником на Юпитере, а далее передаётся Европе и Ганимеду при помощи орбитальных резонансов – их периоды обращения относятся как 1:2:4. Если бы не взаимодействие Европы с другими спутниками, её орбита со временем стала бы круглой из-за диссипации приливной энергии, и нагрев недр прекратился бы.

Физические характеристики

Сравнение размеров Земли, Луны и Европы

Близкий к натуральному цветповерхности (слева) и искусственно усиленный цвет (справа). Фото АМС«Галилео»

По размеру Европа немногим меньше 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. Однако масса Европы больше, чем у всех известных спутников в Солнечной системе, уступающих ей размерами, вместе взятых. Её средняя плотность – 3,013 г/см3 – указывает на то, что она состоит в основном из силикатных пород и, таким образом, схожа по составу с планетами земной группы.

Происхождение и эволюция

На заре истории Европы её температура могла превышать 700 К, что могло привести к интенсивному выделению летучих веществ, которые гравитация Европы не могла удержать. Подобный процесс происходит на спутнике и сейчас: водород, образующийся при радиолизе льда, улетает прочь, а кислород задерживается, образуя тонкую атмосферу. В настоящее время, в зависимости от темпа выделения тепла в недрах, несколько десятков километров коры могут находиться в расплавленном состоянии.

Внутренняя структура

Внутреннее строение Европы

Европа больше похожа на планеты земной группы, чем другие «ледяные спутники», и в значительной степени состоит из камня. Внешние слои спутника (толщиной предположительно 100 км) состоят из воды – частью в виде ледяной коры толщиной 10—30 км, а частью, как полагают, – в виде подповерхностного жидкого океана. Ниже лежат горные породы, а в центре, предположительно, находится небольшое металлическое ядро. Главный признак наличия океана – магнитное поле Европы, обнаруженное «Галилео». Оно всегда направлено против юпитерианского (хотя последнее на разных участках орбиты Европы ориентировано по-разному). Это означает, что его создают электрические токи, индуцированные в недрах Европы магнитным полем Юпитера. Следовательно, там есть слой с хорошей проводимостью – скорее всего, океан солёной воды. Другой признак существования этого океана – данные о том, что кора Европы когда-то сдвинулась на 80° относительно недр, что было бы маловероятно, если бы они прочно прилегали друг к другу.

Поверхность

Мозаика из снимков поверхности Европы, сделанных КА «Галилео». Видно признаки эндогенной геоактивности: линии, лентикулы (бугры и ямы) и Коннемарский хаос (ниже центра)

Поверхность Европы одна из самых ровных в Солнечной системе, лишь немногие образования, напоминающие холмы, имеют высоту до нескольких сотен метров. Высокое альбедо спутника – около 0,65 – свидетельствует о том, что поверхностный лёд относительно чистый и, следовательно, молодой (полагают, что, чем чище лёд на поверхности «ледяных спутников», тем он моложе) (что свою очередь означает постоянное его подтаивание и подмывание более теплыми водами) я.

Количество кратеров невелико (есть лишь около 30 наименованных кратеров диаметром свыше 5 км), что говорит об относительной молодости поверхности – от 20 до 180 млн лет. Следовательно, Европа обладает высокой геоактивностью. В то же время сравнение фотографий «Вояджеров» и «Галилео» не выявило каких-либо заметных изменений за 20 лет. Сейчас в научном сообществе нет полного консенсуса насчёт того, как образовались детали, наблюдаемые на поверхности Европы.

Линии

Изображение, полученное «Галилео» в примерно естественных цветах, демонстрирующее линии на поверхности Европы

Вероятно, поверхность Европы претерпевает постепенные изменения – в частности, образуются новые разломы. Они иногда превосходят 20 км в ширину и зачастую имеют тёмные размытые края, продольные борозды и центральные светлые полосы. При подробном рассмотрении видно, что края некоторых трещин сдвинуты относительно друг друга, а подповерхностная жидкость, вероятно, иногда поднималась по трещинам вверх (т.е.вода более теплая внутри и имеет более высокое давление-капилярный эффект.) я.

По наиболее вероятной гипотезе, эти линии – результат растяжения и растрескивания коры Европы, причём по разломам на поверхность выходил разогретый лёд снизу. Это явление напоминает спрединг в океанических хребтах Земли. Считается, что эти трещины появились под влиянием приливных сил Юпитера. Поскольку Европа находится в приливном захвате, система трещин должна быть ориентирована относительно направления на планету определённым и предсказуемым образом. Однако так направлены только относительно молодые разломы. Остальные направлены иначе, и чем они старше, тем это различие больше. Это может объясняться тем, что поверхность Европы вращается быстрее недр: ледяная кора спутника, отделённая от недр слоем жидкой воды, прокручивается относительно ядра под влиянием сил притяжения Юпитера. Сравнивая фотографии «Вояджера» и «Галилео», учёные пришли к выводу, что полный оборот внешней ледяной коры относительно недр спутника занимает не менее 12 000 лет.

Хребты

Две модели криовулканизма на Европе, в зависимости от толщины слоя океана

На Европе имеются протяжённые сдвоенные хребты; возможно, они образуются в результате нарастания льда вдоль кромок открывающихся и закрывающихся трещин.

Нередко встречаются и тройные хребты. Сначала в результате приливных деформаций в ледяном панцире образуется трещина, края которой разогревают окружающее пространство. Вязкий лёд внутренних слоёв расширяет трещину и поднимается вдоль неё к поверхности, загибая её края в стороны и вверх. Выход вязкого льда на поверхность образует центральный хребет, а загнутые края трещины – боковые хребты. Эти процессы могут сопровождаться разогревом, вплоть до плавления местных областей и возможных проявлений криовулканизма.

Lenticulae («веснушки»)

Крутой пик высотой 250 м и гладкое плато, расположенные в пределах Коннемарского хаоса

На поверхности были обнаружены тёмные «веснушки» (лат. lenticulae) – выпуклые и вогнутые образования, которые могли сформироваться в результате процессов, аналогичным лавовым излияниям (под действием внутренних сил «тёплый», мягкий лёд двигается от нижней части поверхностной коры вверх, а холодный лёд оседает, погружаясь вниз; это ещё одно из доказательств присутствия жидкого, тёплого океана под поверхностью). Вершины таких образований похожи на участки окрестных равнин. Это указывает на то, что «веснушки» сформировались при локальном подъёме этих равнин. Встречаются и более обширные тёмные пятна неправильной формы, образовавшиеся предположительно в результате расплавления поверхности под действием приливов океана либо в результате выхода вязкого льда на поверхность. Таким образом, по тёмным пятнам можно судить о химическом составе внутреннего океана и, возможно, прояснить в будущем вопрос о существовании в нём жизни.

Другие геологические структуры

Участок Коннемарского хаоса с «вмороженными льдинами» в искусственно усиленных цветах, на котором, вероятно, видны свидетельства возможного полного расплавления участков поверхности в прошлом. Видно, что льдины когда-то были единым целым, но затем разошлись и развернулись. Белые области – лучеобразные выбросы от ударного кратера Пуйл

На поверхности спутника есть протяжённые широкие полосы, покрытые рядами параллельных продольных борозд. Центр полос светлый, а края тёмные и размытые. Предположительно, полосы образовались в результате серии криовулканических извержений вдоль трещин. При этом тёмные края полос, возможно, сформировались в результате выброса на поверхность газа и осколков горных пород (т.е. имеется тектоническая активность пород, а это дополнительное тепло) я. Есть полосы и другого типа, которые, как полагают, образовались в результате «расхождения» двух поверхностных плит, с дальнейшим заполнением трещины веществом из недр спутника.

Рельеф некоторых участков поверхности указывает на то, что здесь лёд когда-то был расплавлен, и в воде плавали льдины и айсберги. Видно, что льдины (вмороженные ныне в ледяную поверхность) ранее были одним целым, но затем разошлись и повернулись. Некоторые участки с волнистой поверхностью образовались, вероятно, в результате процессов сжатия ледяного панциря.

Примечательная деталь рельефа Европы – ударный кратер Пуйл, центральная горка которого выше, чем кольцевой вал. Это может свидетельствовать о выходе вязкого льда или воды через отверстие, пробитое астероидом.

Подповерхностный океан

Две возможные модели внутреннего строения Европы

Вышеприведённые характеристики поверхности Европы прямо или косвенно свидетельствуют о существовании жидкого океана под ледяной корой. Большинство учёных предполагают, что он сформировался благодаря генерируемому приливами теплу. Нагревание вследствие радиоактивного распада, которое почти такое же, как и на Земле (на кг породы), не может достаточно сильно разогреть недра Европы, потому что спутник куда меньше. Поверхностная температура Европы в среднем около 110 К (—160° C; —260° F) на экваторе и всего 50 К (—220° C; —370° F) на полюсах, что придает поверхностному льду высокую прочность. Первым намёком на существование подповерхностного океана стали результаты теоретического изучения приливного разогрева (следствия эксцентриситета орбиты Европы и орбитального резонанса с остальными галилеевыми лунами). Когда космические аппараты «Вояджер» и «Галилео» получили снимки Европы (а второй ещё и измерил её магнитное поле), исследователи получили новые признаки наличия этого океана. Наиболее яркий пример – «хаотические области», часто встречающиеся на поверхности Европы, которые некоторые учёные интерпретируют как места, где подповерхностный океан когда-то растопил ледяную корку. Но эта интерпретация весьма спорная. Большинство планетологов, изучающих Европу, склоняются к модели «толстого льда», в которой океан редко (если это вообще случалось) непосредственно выходил на современную поверхность. Оценки толщины ледяной оболочки варьируют от нескольких километров до десятков километров.

Лучшим доказательством модели «толстого льда» является изучение крупных кратеров Европы. Крупнейшие из них окружены концентрическими кольцами и имеют плоское дно. Вероятно, покрывающий его лёд относительно свежий – он появился после удара, пробившего ледяную кору. На основании этого и расчётного количества тепла, произведённого приливами, можно рассчитать, что толщина коры из твёрдого льда составляет примерно 10—30 км, включая податливый слой из «тёплого льда». Тогда глубина жидкого подповерхностного океана может достигать около 100 км, а его объём – 3·10¹⁸ м³, что вдвое больше объёма мирового океана Земли.

Модель «тонкого льда» предполагает, что толщина ледяной оболочки Европы может составлять всего несколько километров. Однако большинство учёных пришли к заключению, что данная модель рассматривает только самые верхние слои коры Европы, упругие и подвижные из-за воздействия приливов Юпитера, а не ледяную кору в целом. Одним из примеров является анализ на выгиб, в котором кора спутника моделируется как плоскость или сфера, утяжелённая и согнутая под влиянием большой нагрузки. Данная модель предполагает, что толщина внешней упругой ледяной корки может составлять всего 200 м, а это означает постоянные контакты подповерхностной жидкости с поверхностью через открытые борозды, что вызывает формирование хаотических областей. (вода достаточно теплая) я

В сентябре 2012 года группа учёных из Карлова университета (Прага, Чехия) на Европейском планетологическом конгрессе EPSC объявила, что области с относительно тонким ледяным щитом – довольно редкое и кратковременное явление: они зарастают всего за десятки тысяч лет.

Колебания формы Европы, связанные с приливами, заставляющие её то вытягиваться, то вновь скругляться

В конце 2008 года возникла гипотеза, что основная причина нагрева недр Европы, поддерживающего её океан жидким, – не вытянутость её орбиты, а наклон её оси. В результате него под действием приливного действия Юпитера возникают волны Россби, которые движутся очень медленно (по несколько километров в день), но могут нести значительную кинетическую энергию. Наклон оси Европы мал и точно неизвестен, но есть основания думать, что он достигает 0,1°. В таком случае энергия этих волн достигает 7,3·10¹⁷ Дж, что в 2000 раз больше, чем у основных приливных деформаций. Диссипация этой энергии может быть основным источником тепла для океана Европы.

КА «Галилео» обнаружил, что у Европы имеется слабый магнитный момент, который вызван изменениями внешнего магнитного поля (поскольку поле Юпитера в разных частях орбиты спутника различно). Индукция магнитного поля Европы на её магнитном экваторе – приблизительно 120 нТл. Это в 6 раз меньше, чем у Ганимеда, и в 6 раз больше, чем у Каллисто [68]. Согласно расчётам, жидкий слой на этих спутниках начинается глубже и имеет температуру существенно ниже нуля (при этом вода остаётся в жидком состоянии благодаря высокому давлению). Существование переменного магнитного поля требует слоя высокоэлектропроводного материала под поверхностью спутника, что и служит лишним подтверждением большого подповерхностного океана из солёной воды в жидком состоянии.

Спектральный анализ тёмных линий и пятен на поверхности показал наличие солей, в частности, сульфата магния («английская соль»). Красноватый оттенок позволяет предположить наличие также соединений железа и серы. По-видимому, они содержатся в океане Европы и исторгаются на поверхность через расщелины, после чего застывают. (активное движение воды) я. Кроме того, обнаружены следы перекиси водорода и сильных кислот (например, есть возможность того, что на спутнике имеется гидрат серной кислоты).

В марте 2013 года учёные из Калифорнийского технологического института выдвинули гипотезу, что подлёдный океан Европы не изолирован от окружающей среды и обменивается газами и минералами с залежами льда на поверхности, что говорит об относительно богатом химическом составе вод спутника. Это также может означать, что в океане может накапливаться энергия, что серьёзно увеличивает шансы на зарождение в нём жизни. К такому выводу ученые пришли, изучив инфракрасный спектр Европы (в интервале длин волн 1,4—2,4 мкм) с помощью спектроскопа OSIRIS гавайской обсерватории Кека. Разрешение полученных спектрограмм примерно в 40 раз выше, чем у спектрограмм, полученных инфракрасным спектрометром NIMS зонда «Галилео» в конце 1990-х годов. Это открытие означает, что контактные исследования океана Европы могут быть технологически намного упрощены – вместо бурения ледяной коры вглубь на десятки километров достаточно (как и в случае со спутником Сатурна Энцеладом) просто взять пробу с той части поверхности, которая контактирует с океаном. Орбитальный зонд Европейского космического агентства JUICE, запланированный к запуску в 2022 году, в декабре 2030 года совершит два облёта Европы, за которые просканирует поверхность спутника на глубину до 9 км и проведёт спектральный анализ выбранных участков поверхности.

Над южной полярной областью Европы зафиксированы признаки выбросов водяного пара. Вероятно, это результат действия гейзеров, бьющих из трещин её ледяной коры. Согласно расчётам, пар вылетает из них со скоростью ~700 м/с на высоту до 200 км, после чего падает обратно. Активность гейзеров максимальна во время наибольшего отдаления Европы от Юпитера. Открытие сделано по наблюдениям телескопа «Хаббл», сделанным в декабре 2012 года. На снимках, сделанных в другое время, признаков гейзеров нет: по-видимому, они действуют редко. С каких глубин происходят выбросы, неизвестно; возможно, что они не имеют отношения к недрам Европы и возникают от трения пластов льда друг о друга. Кроме Европы, подобные гейзеры известны на Энцеладе. Но, в отличие от гейзеров Энцелада, гейзеры Европы выбрасывают чистый водяной пар без примеси льда и пыли. Зафиксированная мощность гейзеров Европы достигала 5 тонн в секунду, что в 25 раз больше, чем на Энцеладе.

.«Хаббл» суммарно 10 раз фиксировал проход Европы по диску Юпитера, и в 3 из них были обнаружены водные шлейфы высотой 160—200 км в районе Южного полюса спутника. Остается невыясненными объемы выбросов и происхождение гейзеров – либо они извергаются наружу непосредственно из подледного океана Европы, либо образуются в полыньях в многокилометровой коре спутника, которые изолированы от основного океана.

Атмосфера

Магнитное поле Европы в поле Юпитера (вид на ведущее полушарие спутника). Красная полоса – направление движения «Галилео» и одновременно экватор Европы. Видно, что магнитные полюса Европы сильно отклонены от географических (причём их положение постоянно меняется в зависимости от направления внешнего поля)

Наблюдения при помощи спектрографа высокого разрешения Годдарда, входившего в состав инструментов космического телескопа «Хаббл», в 1995 году выявили, что разреженная атмосфера Европы состоит в основном из молекулярного кислорода (O₂), образовавшегося в результате разложения льда на водород и кислород под действием солнечной радиации и другого жёсткого излучения (лёгкий водород при столь низком тяготении улетучивается в космос). Кроме того, там обнаружены линии атомарного кислорода и водорода. Атмосферное давление на поверхности Европы примерно равно 0,1 мкПа (но не более одного микропаскаля), или в 1012 раз ниже земного. Наблюдения ультрафиолетового спектрометра «Галилео» и телескопа Хаббла показали, что интегральная плотность атмосферы Европы составляет всего 1018—1019 молекул на квадратный метр. В 1997 году космический аппарат «Галилео» подтвердил наличие на Европе разреженной ионосферы (верхний слой заряженных частиц в атмосфере), созданной солнечной радиацией и заряженными частицами из магнитосферы Юпитера. Атмосфера Европы очень изменчива: её плотность заметно меняется в зависимости от положения на местности и времени наблюдений.

Наблюдения показали, что часть молекулярного кислорода, произведённого радиолизом, всё-таки остаётся на поверхности. Существует предположение, что этот кислород может попасть в океан (благодаря геологическим явлениям, перемешивающим слои льда, а также через трещины) и там способствовать гипотетическим биологическим процессам. Согласно одной из оценок, за 0,5 млрд лет (предполагаемый максимальный возраст поверхностного льда Европы) концентрация кислорода в этом океане может достигнуть значений, сравнимых с его концентрацией в океанских глубинах Земли. По другим расчётам, для этого достаточно всего нескольких миллионов лет.

Кроме того, спектроскопическими методами в атмосфере Европы обнаружены атомы натрия и калия. Первого там в 25 раз больше, чем второго (в атмосфере Ио – в 10 раз, а в атмосфере Ганимеда он не обнаружен вовсе). Излучение натрия прослеживается до расстояния в 20 радиусов Европы. Вероятно, эти элементы берутся из хлоридов на ледяной поверхности спутника или принесены туда метеоритами.» 10

Информация о спутнике Европа достаточно полна, несколько хотелось бы развеять сомнения о наличии или отсутствии океана. А именно – со дна поднимаются газы, а значит вода достаточно подвижна и тепла, вместе с поднимающейся водой подымается осколки породы, что говорит о тектонической активности (которая также дает тепло), в пользу того, что это не лед соскабливает породу поднимая ее вверх, говорит следующее – вода выходит на поверхность практически чистой от примесей. Выше был указан такой фактор как, обеспечение магнитного поля жидким океаном, и опять же проворот ледяного панциря спутника и наконец заключительный факт теплой, жидкой воды – подмывания (темные пятна-веснушки) льда снизу жидкой водой.

Ганимед (спутник)

Изображение противоюпитерианского полушария Ганимеда, сделанное КА «Галилео». Светлые поверхности, следы недавних ударных столкновений, изборождённая поверхность и белая северная полярная шапка (в верхнем правом углу изображения) богаты водяным льдом

Ганимед состоит из примерно равного количества силикатных пород и водяного льда. Это полностью дифференцированное тело с жидким ядром, богатым железом. Предположительно, в его недрах на глубине около 200 км между слоями льда есть океан жидкой воды. На поверхности Ганимеда наблюдаются два типа ландшафта. Треть поверхности спутника занимают тёмные области, испещрённые ударными кратерами. Их возраст доходит до четырёх миллиардов лет. Остальную площадь занимают более молодые светлые области, покрытые бороздами и хребтами. Причины сложной геологии светлых областей до конца не ясны. Вероятно, она связана с тектонической активностью, вызванной приливным нагревом.

Намного более детальные исследования провели аппараты программы «Вояджер» в 1979 году. Космический аппарат «Галилео», изучавший систему Юпитера начиная с 1995 года, обнаружил подземный океан и магнитное поле Ганимеда.

Тепло, идущее от ядра и силикатной мантии, позволяет существовать подземному океану, а медленное охлаждение жидкого ядра из Fe и FeS вызывает конвекцию и поддерживает генерацию магнитного поля. Текущий тепловой поток из недр Ганимеда, вероятно, выше, чем у Каллисто.

Орбита и вращение

Орбита имеет небольшие наклонение к экватору Юпитера и эксцентриситет, которые квазипериодически изменяются по причине вековых возмущений от Солнца и планет. Эксцентриситет меняется в диапазоне 0,0009—0,0022, а наклонение – в диапазоне 0,05°—0,32°[39]. Эти орбитальные колебания заставляют наклон оси вращения (угол между этой осью и перпендикуляром к плоскости орбиты) изменяться от 0 до 0,33°.

Современный резонанс Лапласа неспособен увеличить эксцентриситет орбиты Ганимеда. Нынешнее значение эксцентриситета составляет около 0,0013, что может быть следствием его увеличения за счёт резонанса в прошлые эпохи. Но если он не увеличивается в настоящее время, то возникает вопрос, почему он не обнулился из-за приливной диссипации энергии в недрах Ганимеда. Возможно, последнее увеличение эксцентриситета произошло недавно – несколько сотен миллионов лет назад. Поскольку эксцентриситет орбиты Ганимеда относительно низок (в среднем 0,0015), приливный разогрев этого спутника сейчас незначителен. Однако, в прошлом Ганимед, возможно, мог один или несколько раз пройти через резонанс, подобный лапласовому, который был способен увеличить эксцентриситет орбиты до значений 0,01—0,02. Это, вероятно, вызвало существенный приливный разогрев недр Ганимеда, что могло стать причиной тектонической активности, сформировавшей неровный ландшафт.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «ЛитРес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.