Сведения о спутнике Юпитера Каллисто

Небесное тело было открыто Галилеем одновременно с 3 своими соседями в январе 1610 г. Его современное название предложил германский астроном Симон Марий (Мариус), утверждавший, что нашел эти объекты самостоятельно за несколько дней до Галилея. Каллисто — нимфа в свите Артемиды-охотницы и возлюбленная Зевса, которую он поместил на небо в виде Большой Медведицы.

Основные параметры

Приблизительный возраст этого небесного тела — 4,5 млрд лет, оно примерно на 40 млн лет младше Земли и Юпитера. Это самый последний (внешний) из 4 «спутников Галилея», не находящийся и, скорее всего, никогда не находившийся в орбитальном резонансе с тремя остальными.

Размер, масса и орбита

Спутник имеет радиус 2410 км — это почти 38% от аналогичного параметра Земли. Весит Каллисто более 100 квнтлн тонн (по краткой шкале степеней тысячи, принятой в большинстве стран мира, в этом числе содержится 18 нулей). Габариты этого небесного тела сходны с планетой Меркурий, но вес его намного ниже меркурианского.

Среднее расстояние от орбиты спутника до центральной планеты — примерно 1,9 млн км, до ближайшего соседа (Ганимеда, относящегося к той же Галлилейской группе) — более 800 тыс. км. Сателлит и Юпитер находятся в гравитационном блоке: у Каллисто период обращения по орбите и время вращения вокруг своей оси одинаковы — 16,5 земных дней.

Обнаружение

На орбите Юпитера обращается 67 лун. Самые яркие и крупные — Европа, Ио, Ганимед и Каллисто относятся к группе Галилея. Именно он в 1610 заметил их в свой телескоп. Астроном не называл их, а дал им порядковые номера, Каллисто был под номером четыре. Текущие названия, лунам дал Симон Марий. Он утверждал, что первым обнаружил небесные тела на орбите газового гиганта, но вовремя не опубликовал собранные данные. В 1614 году Марий предложил назвать их в честь мифических героев. Имя “Каллисто”, спутник получил в честь нимфы, одной из любовниц Зевса.

Внутреннее строение Каллисто

Считается, что спутник Каллисто образовался из остатков газопылевого диска после образования Юпитера. Слабое гравитационное воздействие планеты на таком расстоянии не вызывает мощных приливных явлений, поэтому недра спутника не разогрелись. Однако в них произошло некоторое расслоение материалов, и силикатные породы опустились вниз, образовав небольшое каменное ядро в центре.

Внутреннее строение Каллисто.

Верхний слой Каллисто, или литосфера – ледяная кора толщиной 80-150 км, а возможно, и вдвое толще. В составе этого слоя ученые обнаружили большое количество углекислого газа – конечно, в виде льда. Но в основном это смесь водяного льда и силикатов.

Изучая влияние магнитного поля Юпитера на этот спутник, учёные пришли к выводу, что оно не проникает глубоко внутрь, так как этому препятствует сплошной слой электропроводящей жидкости.

Поэтому очень вероятно, что под литосферой Каллисто имеет подлёдный океан глубиной не менее 10 км. Однако, если в воде содержится аммиак или другое вещество, препятствующее замерзанию воды, то глубина этого океана может достигать и 300 км.

Так как наличие именно солёной воды в подлёдном океане Каллисто более вероятно, то это повышает шансы и на возникновение там примитивной жизни. Хотя условия там похуже, чем на другом спутнике – Европе, однако Каллисто тоже представляет собой любопытное для учёных место.

Ниже подлёдного океана лежит мантия из смеси горных пород и льда. Чем ближе к центру, тем больше силикатов, успевших осесть ниже. Вещество в недрах этого спутника не успело полностью расслоиться – дифференцироваться, поэтому представляет собой мешанину льда и камня, лишь соотношение их меняется с глубиной.

В центре Каллисто расположено силикатное ядро диаметром не более 600 км.

Кратеры Каллисто

Валгалла — ударный бассейн на спутнике Юпитера Каллисто

В истории Каллисто были катаклизмы. Об этом свидетельствуют ударные структуры, например, Асгард и Валгалла. Особый интерес представляет двухсот километровый кратер. Это круглая область, которая окружена темными породами. Большой кратер окружен более мелкими. Он и кратер Айгалук имеют ударное происхождение. Трещины Валгалла имеют внушительный диаметр, который составляет около трех тысяч километров. Они напоминают вид кругов на воде. Скорее всего — это результат столкновения с огромным метеоритом. На Каллисто отсутствуют следы деятельности вулканов. На поверхности спутника есть и светлые кратеры, которые были образованы в более поздний период.

Каллисто (Callisto)

Общий сведения
Физические характеристики
Гравитационное поле
Магнитное поле
Орбита, теория движения, эфемериды
Вращение
Изображения и картография

Каллисто – второй по величине спутник в системе Юпитера, его диаметр составляет 4800 км. Спутник получил название по имени нимфы, возлюбленной Зевса, которую Зевс превратил в медведицу, чтобы скрыть ее от ревнивой Геры.
Каллисто самый внешний и далекий из галилеевых спутников Юпитера и он обнаруживает совершенно другую структуру, чем Европа. Каллисто никогда не подвергался таким гравитационным напряжениям, как внутренние луны Юпитера, и не имел достаточно тепла, чтобы сформировать различные слои. До недавнего времени предполагалось, что Каллисто имел более спокойную, предсказуемую и мирную историю, чем другие галилеевы спутники, и поэтому является более типичным объектом солнечной системы. Исследования показали, что Каллисто не имеет ядра, а имеет гомогенную структуру с 60 % каменных пород, включая железо и сульфиды железа, а 40 % сложены из спрессованного льда.

Физические характеристики спутника Каллисто

По размерам Каллисто совсем немного уступает Ганимеду и имеет форму шара. Древняя поверхность Каллисто сохранила свой рельеф со времени образования системы Юпитера и покрыта огромным количеством метеоритных кратеров. Каллисто, возможно, является самым кратерированным спутником солнечной системы. Плотность Каллисто очень низка 1.86 г/cм 3 из-за большого количества водяного льда, причем ледяная кора Каллисто имеет очень большую толщину. Темный цвет поверхности определяется силикатными и другими примесями. Кратеры отличаются небольшой глубиной, однако некоторые более глубокие и молодые кратеры обнажают сверкающий лед без примесей. Температура на поверхности Каллисто поднимается до150 К в полдень на экваторе и значительно опускается после захода Солнца. Некоторые характеристики Каллисто приведены в таблице

Недавним открытием стало обнаружение соленого океана, который может лежать под ледовой корой Каллисто. Это открытие вызвало удивление ученых, которые первоначально предполагали, что Каллисто относительно неактивен. Если Каллисто имеет океан, то он должен быть больше похож на другой спутник Юпитера – Европу, которая имеет уже значительные подтверждения существования океана под ледяной поверхностью.
Сильно кратерированная поверхность Каллисто лежит сверху ледяного слоя, который простирается на 200 километров вглубь. Непосредственно подо льдом находится предполагаемый океан с глубиной до 19 км, согласно данным магнитометра Галилео. Далее внутреннее строение предполагает смесь каменных пород и льда.

Гравитационное поле

На основе допплеровских наблюдений [5] Deep Space Network (DSN) определены
GM = (7179.292 ± 0.009) km 3 s -2 Каллисто и ненормированные коэффициенты гравитационного поля спутника
J₂ = (32.7 ± 0.8) . 10 -6 , C₂₂ = (10.2 ± 0.3) . 10 -6 , S₂₂ = (-1.1 ± 0.3) . 10 -6 , C₂₁ = (0.0 ± 0.3) . 10 -6 , and S₂₁ = (0.0 ± 1.6) . 10 -6 . Также из четырех снимков, полученных космическим аппаратом, был получен средний радиус R = (2410.3 ± 1.5) км, причем не было замечено отклонения от сферичности. Однако из-за неоднородностей внутреннего строения стоксовы постоянные его гравитационного поля не равны нулю.Средняя плотность составляет (1834.4 ± 3.4) кг м -3 и аксиальный момент инерции C/MR 2 = 0.3549 ± 0.0042.

Магнитное поле

Магнитометр, установленный на Галилео и изучающий магнитное поле Юпитера и галилеевых спутников, обнаружил, что магнитное поле Каллисто, так же как и на Европе, переменное. Это может вызываться переменными электрическими токами, текущими вдоль поверхности Каллисто в соответствии с изменениями магнитного поля на поверхности из-за вращения Юпитера. Так как атмосфера Каллисто очень разреженная и не имеет заряженных частиц, то она не может образовать магнитное поле Каллисто. Ледяная корка также является плохим проводником, но им может быть слой расплавленного льда. Если этот жидкий океан соленый, подобно земному, то он мог бы создать достаточно сильные электрические токи, чтобы образовать магнитное поле.
Продолжая изучать возможность существования океана под поверхностью, ученые обнаружили, что электрические токи текут в разных направлениях в разное время. Это согласуется с идеей соленого океана, так как Каллисто также вращается синхронно с вращением Юпитера, как и Европа.
Наличие океана на Каллисто также ставит вопрос о возможности жизни и в этом уголке солнечной системы. Недавно на Земле ученые обнаружили новый класс микроорганизмов, так называемые археобактерии, которые могут существовать при экстремальных условиях – в вулканических выбросах и в замороженном состоянии более 5 млн лет.
Еще одним ключом к разгадке жизни на Каллисто и Европе может быть земная лаборатория, находящаяся в Антарктиде. В 1996 году радио и альтиметрические наблюдения обнаружили жидкое озеро под ледяной поверхностью Антарктиды в районе русской станции Восток. Это озеро получило название Восток и находится на глубине 3700 м под поверхностью льда, имеет 125 м глубины и ниже поверхности моря на 710 метров. Судя по плотности, это озеро – пресное. Пока ученые не знают причин, почему это озеро жидкое. Так что изучение жидкого озера в Антарктиде поможет ученым лучше понять океаны далеких спутников Юпитера

Орбита, теория движения, эфемериды

Каллисто является самым далеким из галилеевых спутников, его движение определяется возмущениями от сжатия Юпитера, от взаимных возмущений галилеевых спутников, а также резонансом с Ганимедом.

Один оборот вокруг планеты Каллисто совершает за 16.69 суток, а период обращения Ганимеда составляет 7.15 суток. В движении третьего и четвертого галилеевых спутников существует резонанс более высокого порядка, их периоды относятся друг к другу как 3 : 7. Наиболее точная теория движения галилеевых спутников Юпитера принадлежит Лиске [1-3]. Подробнее о динамике галилеевых спутников. Вычисление эфемерид для наблюдений спутника на любой момент можно провести на сайте отдела небесной механики ГАИШ.

Вращение

Каллисто находится в синхронном вращении с Юпитером, т.е. период обращения вокруг Юпитера совпадает с периодом вращения Каллисто вокруг оси.
Рекомендуемые величины для направления на северный полюс вращения и первый меридиан спутников Юпитера ( 1994, IAUWG ) [4].
Прямое восхождение и склонение являются стандартными экваториальными координатами на экваторе J2000 на эпоху J2000.
Координаты северного полюса неизменной плоскости
= 273°.85, = 66°.99.
Т – интервал в юлианских столетиях (по 36525 дней) от стандартной эпохи,
d – интервал в днях от стандартной эпохи,
Стандартная эпоха 1.5 января 2000, т.е. 2451545.0 TDB

где
J5 = 119.°90 + 262.°1 T,
J6 = 229.°80 + 64.°3 T,
J7 = 352.°25 + 2382.°6 T,
J8 = 113.°35 + 6070.°0 T.

Примечание:
а. 326° меридиан определяется кратером Сага.

Исследование

В семидесятых годах прошлого века аппараты Пионер 10 и 11 находились близко к Каллисто, собирая информацию о них. Затем туда же отправились Вояджер 1 и 2. На основе собранных ими данных стало возможно узнать точные характеристики спутника, а также получить снимки его поверхности. В середине девяностых для исследования был отправлен аппарат Галилео, который передал на Землю более качественную фотографию Каллисто. Новые исследования лун Юпитера назначены на 2022 год.

Исследование Каллисто

Особенности состава и поверхности

Параметр плотности, как уже отмечалось, приравнивается к отметке 1,83 г/см 3 , это свидетельствует об идентичном соотношении камней и водяного льда с вспомогательными летучими ледяными веществами. На лед приходится порядка 49-55% всего космического тела, при этом наблюдается наполнение каменной части силикатами, железа оксидом, хондритами.

Посредством проведенного астрономами обзора появилась возможность обнаружения двуокиси углерода и серы, а также магния, аммиачного элемента, ряда соединений органической природы. Если спуститься под верхние слои поверхности, можно обнаружить литосферу изо льда на уровне 80-150 м. Есть вероятность, что после этого простирается океан из соли на расстоянии 50-200 км. Об этом может свидетельствовать характер магнитного поля Юпитера.

Ученые полагают, что впоследствии имеет место внутреннее пространство, включающее в себя льды и скалы сжатого типа. Причем с возрастанием глубины будет происходить увеличение числа горных пород. Есть мнение, что наблюдается дифференциация, силикатное ядро, обладающее уровнем охвата в 600 км.

В рамках проведенного спектрального анализа также было обнаружено, что в незначительных площадях есть неоднородность поверхности. Заметными считаются яркие пятна с чистым льдом, а также каменной смесью. В случае сравнения с прочими телами, относящимися к группе Галилея, планета является более тёмной ввиду незначительного показателя Альбедо (20%).

Интересными особенностями наделен и поверхностный слой объекта. На нем наблюдается внушительное скопление кратеров. А не так давно ученые смогли обнаружить несколько древних пород. Размеры этих участков простираются от 0,1 до 100 км. Возраст данных формирований может быть определен на основании плотности ударных кратеров.

Модель внутреннего строения Каллисто. Показаны ледяная кора, возможный водный океан и ядро из льдов и камней

Крупный спутник

Каллисто имеет диаметр около 4820 километров. Это второй по величине спутник на орбите вокруг Юпитера. Крупнее здесь только Ганимед. А в Солнечной системе Каллисто третий по размерам. Хотя его диаметр сопоставим с диаметром Меркурия (4879 километров), его масса составляет всего треть от массы последнего. Каллисто состоит в основном из камней и льда. Также в его составе присутствует замороженный аммиак.

Расстояние межу Каллисто и Юпитером около 1 882 000 километров. Спутник имеет очень низкий эксцентриситет орбиты. То есть она практически круговая. В ближайшей ее точке расстояние равно 1 869 000 километров, самой удаленной – 1897000. Именно это достаточно большое расстояние избавляет Каллисто от участия в орбитальном резонансе. Ему подвержены остальные галилеевы спутники: Ио, Европа и Ганимед. Тем не менее он все же находится в синхронном вращении с Юпитером. То есть совершает один оборот вокруг планеты за то же время, что вращается вокруг своей оси. Он длится примерно 16,7 дней.

На Каллисто почти нет геологической активности. Фактически ученые считают его мертвым спутником. На его поверхности нет вулканов. Здесь нет тектоники плит или какого-либо другого механизма, который со временем обновлял бы его поверхность. В результате этого Каллисто стал объектом с наибольшим числом кратеров во всей Солнечной системе. Его поверхность оставалась неизменной (за исключением кратеров, образовавшихся в результате воздействия метеоритов) в течение 4000 миллионов лет.

Присутствие жидкой воды делает спутник потенциально обитаемым хемосинтезирующими микроорганизмами. Некоторые учёные полагают, что жизнь суда могла быть занесена метеоритами с обитаемых планет [4] .

Поток заряженных частиц, выпадающих на поверхность из магнитосферы Юпитера, сравнительно невысок. Уровень радиации на поверхности создаёт мощность около 0,01 бэр (0,1 мЗв) в сутки, что является фактическим безопасным для людей и приборов уровнем.

Другими привлекательными факторами является крупная величина спутника и его инертность — геологическая стабильность (следовательно, базе нет необходимости опасаться криовулканов, землетрясений и гейзеров), а также имеющиеся запасы льда (из которого можно будет продуцировать воду, и, при помощи электролиза, — кислород для дыхания).

Гипотетически на спутнике можно было бы в будущем построить станцию с предприятиям по переработке и производству топлива из окружающих льдов для космических аппаратов, направляющихся для исследования более отдалённых частей космоса. Лед мог бы послужить источником воды. Тем самым, данный спутник может стать базой для колонизации и изучения системы Юпитера (в частности, исследования Европы, которая гипотетически может оказаться обитаемой) и более дальнего космоса.

Низкая гравитация (ускорение свободного падения на поверхности: 1,25 м/с 2 , что почти в 7,8 раза меньше, чем на Земле, впрочем, низкая гравитация поможет легче переносить скафандры и оборудование) и некоторые другие неблагоприятные факторы (например, температура от -108 °C до -193° C), не позволят колонизировать или терраформированить данный объект, но временная база, с небольшим персоналом и роботами, там, вероятно, вполне могла бы действовать.

В любом случае, колонизация станет теоритически возможной не ранее чем в середине 21 века [5] .

Можно гипотетически представить, что люди при помощи роботов смогли бы с базы на этом спутнике осваивать и изучать Ио, Европу и Ганнимеда, находящихся в чрезвычайно сильном радиационном поясе Юпитера. Может быть, на Каллисто также велась бы научная и промышленная деятельность.

Серьёзным препятствием колонизации является гигантская отдалённость от Земли. На сегодняшний день также неизвестно, что, кроме научных миссий, может привлечь людей к этому объекту. Если же представить, что на нём обнаружат полезные ископаемые, то их добыча и переработка будет осуществляться при помощи роботов. Вероятно, этой колонизации будет предшествовать освоение Марса, для чего может понадобиться сырьё со спутников планет — газовых гигантов.