Учёные представили результаты 13-летнего радарного исследования Европы, ледяного спутника Юпитера. Данные показали, что поверхность луны рассеивает радиоволны принципиально иначе, чем каменистые миры Солнечной системы.
Результаты были озвучены на 248-м заседании Американского астрономического общества. Новые наблюдения в целом согласуются с предыдущим масштабным радарным исследованием Европы, проведённым в 1980-х и 1990-х годах.
Однако свежие данные, по словам Тунхуэй Се, аспиранта Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, участвовавшего в работе, "более многочисленны и охватывают значительно более широкую фазу вращения Европы".
У Юпитера, крупнейшей планеты Солнечной системы, насчитывается 101 спутник. Особый интерес для учёных представляют Европа, Ганимед и Каллисто, под ледяной корой которых, как предполагают исследователи, скрываются подповерхностные океаны.
Сейчас к системе Юпитера направляются два аппарата – миссия NASA Europa Clipper и европейская Juice, которые займутся изучением этих лун вблизи. Однако, как отметили в Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO), геологические особенности поверхности дают ограниченную информацию о том, что происходит в глубине.
Именно здесь на помощь приходит радар.
Радиоволны способны проникать в лёд и нести информацию о его внутренней структуре и чистоте.
Новое исследование охватывает данные, собранные с 2011 по 2024 год. Одно из самых интересных наблюдений касается радарного альбедо Европы, показателя того, насколько ярко луна выглядит для радара. У Европы это значение оказалось значительно выше, чем у планет и каменистых миров.
Характер рассеяния радарного сигнала на Европе сильно напоминает "признак многократного рассеяния внутри чистого пористого льда", отметили в NRAO. Команда также подтвердила, что радарная яркость Европы остаётся относительно стабильной даже при изменении угла наблюдения между передатчиком, спутником и приёмником.
Эта закономерность позволила учёным установить новый предел прозрачности льда Европы и, соответственно, оценить, насколько глубоко радиотелескопы смогут заглянуть под поверхность.
Полученные данные помогут нынешним и будущим миссиям к Европе максимально эффективно использовать время для изучения далёкой луны.
Ученые могли обнаружить один из главных источников каменного материала для Солнечной системы, который формировал разнообразные популяции зарождающихся планет на протяжении миллионов лет.
В новом исследовании, опубликованном в The Astrophysical Journal, команда ученых из Института исследования Солнечной системы Макса Планка (MPS) в Германии описала область планетообразования за орбитой Юпитера, ответственную за поколения планетезималей с радикально разным составом.
Солнечная система сформировалась около 4,5 миллиарда лет назад из коллапса гигантского облака газа и пыли. Материал в центре облака превратился в Солнце, а оставшиеся обломки постепенно слипались, образуя строительные блоки планет.
Однако у этой истории может быть продолжение. Ученые полагают, что разные области Солнечной системы могли развиваться в различных условиях, а несколько стадий процесса формирования планет могли протекать одновременно.
Исследователи сосредоточились на периоде от двух до четырех миллионов лет после рождения Солнечной системы. К этому моменту Юпитер уже собрал значительную часть окружающего материала вокруг своей орбиты, возможно, создав разрыв в диске из газа и пыли, из которого изначально сформировалась система.
Этот процесс мог удерживать большие объемы пыли, создавая кольцо газа повышенного давления сразу за орбитой Юпитера. Такие пылевые ловушки могли продолжать производить разные типы планетезималей, строительных блоков планет, на протяжении миллионов лет.
Иоанна Дрожковска, глава группы по формированию планет в MPS, заявила:
Есть веские доказательства того, что пылевые ловушки были предпочтительным местом рождения планетезималей в нашей Солнечной системе.
С помощью компьютерного моделирования исследователи воспроизвели столкновения микроскопических частиц, а также крупномасштабные движения в протопланетном диске Солнечной системы.
Разные типы планетезималей, очевидно, формировались в одной и той же области раннего пылегазового диска, только в разное время. Область сразу за орбитой Юпитера предоставила для этого превосходные условия.
Ученые обнаружили, что часть частиц могла распадаться, слипаться или застревать в определенных регионах вроде того, что находится за Юпитером. Газовый гигант также выступал барьером, удерживая позади себя более крупные и прочные обломки, но пропуская мелкие пылевые зерна во внутреннюю часть Солнечной системы. Одновременно формировались новые планетезимали, поглощая часть материала из диска.
Два разных процесса помогли создать со временем две отдельные популяции планетезималей. Одна состояла преимущественно из хрупкого материала, а другая формировалась из стабильной материи.
Результаты предполагают, что пылевые ловушки, подобные той, что образовалась за Юпитером, могли быть излюбленным местом рождения планетных строительных блоков, которые в дальнейшем помогли сформировать остальную часть Солнечной системы.
25 декабря 2023 года космический телескоп NASA "Джеймс Уэбб" воспользовался своей камерой ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam) и сделал серию снимков, раскрывающих удивительные детали северных сияний на Юпитере.
Проанализировав данные, ученые установили, что эти юпитерианские "танцы света" в сотни раз ярче земных полярных сияний. Особый интерес представляет трехатомный катион водорода (H3+) — соединение, которое образуется при столкновении высокоэнергетических электронов с молекулярным водородом в верхних слоях атмосферы Юпитера.
Именно излучение этого катиона создает яркое свечение, которое великолепно регистрируется инфракрасными приборами телескопа.
Наблюдения показали, что излучение H3+ гораздо более изменчиво, чем считалось ранее. Этот факт ставит перед учеными новые вопросы о процессах, происходящих в магнитосфере Юпитера и его взаимодействии с солнечным ветром.
В отличие от спорадических (единичных, не имеющих регулярного характера) земных полярных сияний, зависящих от активности Солнца, авроры Юпитера постоянны и весьма стабильны. Это связано с тем, что основным источником заряженных частиц для Юпитера служит не солнечный ветер, а его спутник Ио — самое вулканически активное тело в Солнечной системе. Вулканы на Ио постоянно выбрасывают газы и пыль, которые под воздействием радиации ионизируются, превращаясь в заряженные частицы. Мощное магнитное поле Юпитера направляет эти частицы к полюсам планеты, где они сталкиваются с атмосферой и создают непрерывное "световое шоу".
Благодаря уникальным возможностям телескопа "Джеймс Уэбб", ученые могут наблюдать за динамикой полярных сияний Юпитера с беспрецедентной детализацией, что поможет лучше понять не только процессы на газовом гиганте, но и физику магнитных полей и плазмы во Вселенной.
На прошлой неделе астрономы обнаружили вытянутое тёмное пятно в атмосфере Юпитера. Оно было зафиксировано примерно в 17:38 UTC, а первые предположения указывают на возможное столкновение планеты с объектом размером более 100 метров. Пострадавший участок атмосферы должен был повернуться в сторону Земли после 13:30 UTC, что открывало окно для дополнительных наблюдений.
Снимки тёмной области приписывают Александру Францису и Марку Делькруа. Последний руководит проектом DeTeCt, специальной программой для обнаружения вспышек от падающих на Юпитер объектов, созданной в помощь астрономам-любителям. Именно этот инструмент неоднократно помогал зафиксировать подобные события в прошлом, включая вспышку 2021 года, замеченную бразильским наблюдателем.
Сейчас в астрономическом сообществе высказываются и скептические мнения. Часть наблюдателей допускает, что речь может идти о неверной идентификации или артефактах обработки изображений, а не о реальном следе удара. Для подтверждения гипотезы столкновения нужны дополнительные снимки, сделанные при хорошей видимости и с разных точек наблюдения.
Юпитер, крупнейшая планета Солнечной системы, периодически притягивает к себе астероиды и кометы благодаря своему огромному гравитационному полю. С 2010 года любители совместно с профессиональными астрономами зафиксировали уже несколько подобных столкновений. Самое известное историческое событие такого рода – падение фрагментов кометы Шумейкеров-Леви 9 в 1994 году, оставившее на диске планеты тёмные шрамы, видимые даже в небольшие телескопы.
Если нынешнее наблюдение подтвердится, оно станет очередным свидетельством высокой частоты ударов по газовому гиганту.
Любопытно, что межзвездная комета 3I/ATLAS была на максимальном сближении с Юпитером всего месяц назад – 16 марта.
Один из самых безумных миров Солнечной системы выглядит именно так. То, что видно на этом снимке, превращает Ио в настоящее исключение среди всех известных спутников.
Это одно из самых выразительных изображений атмосферы Юпитера, полученное космическим аппаратом NASA "Юнона", который работает в системе газового гиганта с 4 июля 2016 года. На снимке видны сразу несколько разноразмерных вихревых структур, окруженных клубящимися облачными потоками, которые закручиваются в сложный, почти гипнотический узор.
Этот кадр показывает, насколько атмосфера крупнейшей планеты Солнечной системы в действительности далека от того кажущегося однообразия при наблюдении с большого расстояния. Юпитерианская атмосфера — это не просто полосы и пятна, а гигантская подвижная система, где сталкиваются струйные течения, рождаются, взаимодействуют и сливаются вихри, а облачные массы непрерывно меняют форму.
Но у таких изображений не только эстетическая ценность: они помогают ученым лучше понять, как в атмосфере Юпитера перераспределяются тепло, вещество и энергия. Это дает возможность уточнять наши модели строения и эволюции газовых гигантов как в Солнечной системе, так и далеко за ее пределами. А это, в свою очередь, играет важную роль в поисках потенциально обитаемых экзопланет, поскольку газовые гиганты во многом формируют облик своих планетных систем: влияют на распределение вещества, эволюцию орбит, поведение малых тел и, как следствие, на условия, в которых могут возникать и сохраняться пригодные для жизни миры.
Ученые из Калифорнийского университета провели детальный анализ грозовой активности на крупнейшей планете Солнечной системы с помощью данных зонда «Юнона». Исследователи сопоставили радиоизлучение вспышек с визуальными наблюдениями, чтобы определить истинную силу электрических разрядов в водородной атмосфере гиганта. Выяснилось, что средняя мощность молний на Юпитере превышает земные показатели в 100 раз, а в отдельных случаях разряды могут быть в миллион раз мощнее самых сильных земных молний.
Механизм электризации. Несмотря на разницу в масштабах, физика зарождения молний на Юпитере во многом напоминает земную, но с поправкой на экстремальные условия. Электрический заряд накапливается при столкновении ледяных кристаллов и капель переохлажденной воды, которые переносятся мощными восходящими потоками. Но из-за огромной толщины облачного слоя на Юпитере — в десять раз больше земного — разделение зарядов происходит на гораздо больших расстояниях. Это создает гигантскую разность потенциалов, что и объясняет возникновение разрядов невероятной мощности.
Изучение юпитерианских гроз затруднено плотным слоем облаков, которые скрывают истинные масштабы явлений при наблюдении в видимом диапазоне. Руководитель нового исследования, опубликованного в журнале AGU Advances, Майкл Вонг отметил, что использование микроволнового инструмента «Юноны» позволило обойти это препятствие, фиксируя радиоимпульсы непосредственно от источника.
На этом снимке вихря вблизи северного полюса Юпитера миссия NASA «Юнона» зафиксировала свечение от удара молнии
В период временного затишья в северном экваториальном поясе планеты в 2021 и 2022 годах астрономам удалось изолировать сигналы отдельных «невидимых суперштормов». Эти бури длятся месяцами, и хотя их облака не всегда достигают экстремальных высот, частота вспышек в них составляет в среднем три импульса в секунду. Анализ более чем шестисот зафиксированных сигналов подтвердил, что даже рядовые разряды на Юпитере сопоставимы с редчайшими земными супермолниями.
Энергия водородного гиганта
На этой художественной реконструкции распределения молний в северном полушарии Юпитера использована фотография, сделанная камерой JunoCam на борту космического аппарата NASA «Юнона». Данные «Юноны» показывают, что большая часть молниевой активности на Юпитере наблюдается вблизи его полюсов.
Различия в силе молний обусловлены фундаментальными особенностями состава атмосферы планет. На Земле атмосфера состоит преимущественно из тяжелого азота, поэтому влажный воздух легко поднимается вверх, создавая конвекцию. На Юпитере доминирует легкий водород, на фоне которого пары воды оказываются тяжелыми. Это создает барьер для вертикального движения воздушных масс. Чтобы шторм смог пробиться в верхние слои, требуется накопить колоссальный объем тепловой энергии.
Когда это происходит, высвобождение накопленной энергии порождает штормы высотой более 100 километров и экстремальные электрические разряды. Сейчас ученые продолжают искать ответ на вопрос, что именно является ключевым фактором такой мощности: химический состав атмосферы или гигантские масштабы самих облачных систем.
Спутник Юпитера Ио — самое вулканически активное тело в Солнечной системе. Его вулканы выбрасывают серу и диоксид серы на высоту до 500 километров! Причина такой активности — приливные силы Юпитера, которые буквально "месят" недра Ио как тесто. Температура лавы достигает 2 000 °C — горячее земных вулканов. На поверхности нет воды, зато есть временные озера, заполненные расплавленной серой.
В 1979 году космический аппарат NASA "Вояджер-1" впервые сфотографировал извержение вулкана Пеле с выбросом на 300 километров. Ученые были шокированы, так как никто не ожидал найти действующие вулканы так далеко от Солнца, да еще на относительно небольшом небесном теле (средний диаметр Ио — 3 643 километра).
Сегодня на Ио идентифицировано более 400 вулканов. Этот желто-оранжевый мир постоянно обновляет свою поверхность со скоростью около сантиметра в год, погребая любые кратеры под новыми потоками лавы.
Перринский регион (лат. Perrine Regio) — обширная область в северном полярном регионе Ганимеда, крупнейшего спутника Юпитера и Солнечной системы в целом. Средний диаметр этого небесного тела составляет 5 268 километров, что делает его примерно на 389 километров больше Меркурия (средний диаметр 4 879 километров), который является полноценной планетой.
Изображение было получено 27 декабря 2000 года космическим аппаратом NASA "Галилео", и его можно рассматривать как косвенное доказательство того, что в некоторых местах кора спутника достаточно тонка, чтобы подповерхностный океан взаимодействовал с космосом.
Обратите внимание на яркие белые пятна. Это залежи чистейшего водяного льда, отражающие большую часть падающего солнечного света. Присутствие большого количества льда в кратерах можно объяснить тем, что его доставило ударное тело, или же тем, что часть ледяной коры была расплавлена, обновив материал под слоем пыли. Но лед в разломах, вероятно, связан с океаном.
Приливные силы со стороны газового гиганта непрерывно сжимают и растягивают спутник, что приводит к появлению небольших трещин и крупных разломов на его поверхности. Там, где кора заметно тоньше — формируются наиболее глубокие трещины, через которые внутреннее содержимое Ганимеда получает возможность вырваться наружу. Это как если взять пластиковую бутылку без крышки, наполнить ее водой, а после резко сдавить.
Для проверки гипотезы нужны дополнительные данные, которые будут получены во второй половине 2031 года, когда к работе приступит зонд Европейского космического агентства (ESA) JUICE. Запуск аппарата, созданного для изучения ледяных спутников Юпитера — Европы, Ганимеда и Каллисто — состоялся 14 апреля 2023 года.
Если информация подтвердится, то Ганимед получит статус потенциального обитаемого мира.
На изображении ниже продемонстрированы два небольших участка на поверхности Каллисто, ледяного спутника Юпитера со средним диаметром 4 821 километр. Оба этих места примыкают к огромному ударному бассейну Асгард (лат. Asgard), и этот факт объясняет природу столь специфических вертикальных образований.
Многочисленные шпили, попавшие в кадр космического аппарата NASA "Галилео" в мае 2001 года, имеют высоту от 80 до 100 метров. Они состоят преимущественно из водяного льда, покрытого относительно тонким слоем темной пыли. Весь этот лед был извлечен из недр юпитерианского спутника во время его столкновения с массивным небесным телом, произошедшим миллиарды лет назад. Это событие породило Асгард и уникальные для Солнечной системы шпили, которые представляют особый научный интерес.
Я не ошибся, говоря о том, что возраст шпилей составляет несколько миллиардов лет. Дело в том, что спутник Каллисто обладает самой старой поверхностью из всех известных тел в Солнечной системе, а если быть точнее, то она не претерпевала существенных изменений как минимум 3,5 миллиарда лет.
Кроме того, на Каллисто есть регионы, которые остаются практически нетронутыми более четырех миллиардов лет (для сравнения: поверхность Ио, вулканического спутника Юпитера, обновляется со скоростью около сантиметра в год). И это при том, что возраст Солнечной системы составляет примерно 4,6 миллиарда лет. Каллисто дает подсказки по поводу того, насколько быстро сформировались планеты нашей системы, включая Юпитер, и их спутники.
По мере разрушения льда пыль сползает и скапливается в низинах. Однажды, когда пройдут еще миллиарды лет, шпили разрушатся полностью, и вместо них останутся невысокие пылевые холмы.
Примечательно, что Каллисто может обладать подповерхностным океаном, но даже если это и так, то он залегает настолько глубоко, что добраться до него не представляется возможным. Может ли этот океан быть обитаемым? Это крайне маловероятно, так как он не имеет связи с поверхностью, так что его химия крайне скудна.
Наибольший научный интерес, как я сказал ранее, представляют шпили. Если бы мы организовали миссию по их бурению, сбору образцов льда с разной глубины, а после доставили бы их на Землю, то у нас появилась бы бесценная информация о рассвете Солнечной системы и о том долгом и сложном эволюционном пути, что она прошла.
Ио — один из четырех крупнейших спутников Юпитера со средним диаметром 3 643 километра и самое вулканически активное тело в Солнечной системе.
Этот удивительный мир размером чуть больше нашей Луны (диаметр 3 475 километров) буквально трещит по швам под воздействием приливных сил со стороны газового гиганта. На Ио не менее 400 действующих вулканов, выбрасывающих серу, диоксид серы и расплавленные породы на высоту до 300 километров!
Изучение этого огненного мира сопряжено с серьезными рисками для дорогостоящих космических аппаратов. Связано это с тем, что орбита Ио проходит через мощнейшие радиационные пояса Юпитера — области захваченных магнитным полем заряженных частиц. Каждый зонд, приближающийся к Ио, рискует полностью выйти из строя. Несмотря на эти опасности, ученым удалось получить уникальные снимки и собрать бесценные данные.
Я предлагаю вашему вниманию одни из самых впечатляющих фотографий этого инопланетного ада.
Вулкан на Ио
Извержение вулкана на краю диска Ио, запечатленное зондом NASA "Галилео" в июне 1997 года. Это был первый случай прямого наблюдения внеземной вулканической активности в таких деталях.
Полученное изображение стало визуальным доказательством невероятной мощи геологических процессов, протекающих на самом активном теле в Солнечной системе.
Гигантский выброс вулкана Тваштар
Этот кадр — мимолетный взгляд на Ио с помощью камеры космического аппарата NASA "Новые горизонты", который 1 марта 2007 года пролетал мимо системы Юпитера по пути к Плутону.
В момент фотосъемки произошел гигантский выброс вулкана Тваштар (лат. Tvashtar). С данного ракурса видна только верхняя часть извержения — источник находится на 130 километров ниже края диска спутника, на его обратной стороне.
Ио и Европа: контраст миров
Составное изображение вулканически активного спутника Ио и спокойной ледяной луны Европы, полученное путем объединения двух изображений, полученных "Новыми горизонтами" 2 марта 2007 года.
Ио ожидаемо в своем репертуаре — демонстрирует вулканическую активность. Ночная сторона спутника освещена солнечным светом, отраженным от атмосферы Юпитера.
Портрет огненного мира
Общий вид Ио, полученный космическим аппаратом NASA "Галилео" 19 сентября 1997 года с расстояния около 500 000 километров.
Яркие желто-оранжевые и красные оттенки поверхности создают соединения серы различной температуры — от ярко-желтой горячей до темно-красной остывшей. Благодаря постоянным извержениям поверхность Ио полностью обновляется "всего" за несколько миллионов лет — это делает спутник одним из самых "молодых" миров в Солнечной системе.
На снимке цвета усилены (сделаны более насыщенными и контрастными) с целью упрощения идентификации геологических структур.
Натриевое облако Ио
Завораживающий снимок Ио в тени Юпитера, полученный "Галилео" 9 ноября 1996 года с расстояния 2,3 миллиона километров. Яркая вспышка у восточного края спутника — это солнечный свет, рассеиваемый 100-километровым выбросом вулкана Прометей, находящегося на обратной стороне луны.
Желтоватое свечение создают атомы натрия из обширного газового облака вокруг Ио — продукта постоянных вулканических извержений. Этот "натриевый хвост" простирается на миллионы километров и виден даже с Земли в мощные телескопы (при использовании фильтров).
Гора-великан на поверхности Ио
Впечатляющий снимок горного ландшафта Ио, полученный "Галилео" в феврале 2000 года. Невысокий безымянный уступ высотой около 250 метров тянется от верхнего левого угла к центру изображения. Гора Монджибелло, зубчатый хребет в левой части снимка, возвышается почти на семь километров над равнинами Ио.
Ученые считают, что горы Ио появляются в результате тектонического поднятия блоков коры вдоль разломов под воздействием приливных деформаций. Острые, угловатые вершины указывают на молодой возраст горы, тогда как "сглаженные" возвышенности свидетельствуют о более древнем происхождении.
Этот снимок у меня почему-то вызывает некую тревожность.
Первые вулканы за пределами Земли
Историческая фотография от зонда NASA "Вояджер-1", полученная 5 марта 1979 года с расстояния 30 800 километров — первое в истории изображение следов недавней вулканической активности за пределами Земли.
Центральная фигура изображения — вулканическая кальдера диаметром около 50 километров с темными лавовыми потоками, расходящимися от краев на расстояние свыше 100 километров. Некоторые потоки достигают 15 километров в ширину.
Открытие активного вулканизма на Ио стало сенсацией: до этого момента считалось, что любые спутники — очень холодные миры без какой-либо геологической активности.
На нём видно кольцо, которому далеко до колец Сатурна. Оно, вероятно, формируется, когда метеороиды падают на небольшие спутники Юпитера, разрушаются, и их вещество выбрасывается на орбиту.
Ещё на снимке видно Большое Красное Пятно Юпитера (здесь оно белое). Слева от Юпитера — Европа, от которой расходятся дифракционные лучи. А на самом Юпитере, слева от Большого Красного Пятна, — тень от Европы.
