Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли

Вокруг нашего самого массивного газового гиганта — Юпитера — обращается не менее 67[40] естественных спутников. Расстояние от каждого из них до Солнца в 5 раз превышает расстояние от Солнца до Земли, и ничем иным, кроме как холодными ледяными сферами, эти мини-миры быть не могут. Однако не все так просто, как кажется на первый взгляд. Если судить по земным экосистемам, обязательным условием существования жизни является наличие следующих трех компонентов:

1.      Биогенных элементов, включая углерод, кислород и водород, выступающих в качестве строительных блоков живых систем.

2.      Воды, обеспечивающей жидкую среду для формирования сложных молекул.

3.      Источника энергии для процессов метаболизма.

Поскольку область газовых гигантов находится за снеговой линией Солнечной системы, замерзшей воды в ней более чем достаточно. С другой стороны, в расчете на единицу площади туда доходит лишь около 3% того количества солнечного тепла, которое мы получаем на Земле. Чтобы постоять на поверхности спутника Юпитера Каллисто, вам пришлось бы укутаться потеплее: средняя температура там составляет –139 °C.

Но тут мы сталкиваемся с одной аномалией: в отличие от Каллисто, на котором именно так холодно и спокойно, как и должно быть на таком удалении от Солнца, другой спутник Юпитера, Ио, может предстать настоящим пеклом с самым высоким уровнем вулканической активности в Солнечной системе. Температуры на Ио изменяются в диапазоне от 1500 °C до –130 °C. Разумеется, оба спутника совсем не похожи на место, где могли бы обитать эвоки, но при этом совершенно очевидно, что у бурной активности на Ио есть какой-то другой источник энергии помимо Солнца, а именно гравитационное поле Юпитера.

Излучаемая Юпитером энергия — это отраженный солнечный свет и тепло, выделяющееся в процессе медленного сжатия газового гиганта. Этой энергии определенно недостаточно для поддержания бурной активности на Ио. В действительности генератором энергии для спутника является приливный разогрев. Подобно планете с короткой орбитой, подвергающейся деформации в результате взаимодействия со звездой, обращаясь вокруг Юпитера, спутник сдавливается под действием гравитационного поля планеты. Учитывая, что орбита Ио имеет слегка эллиптическую форму, при приближении и удалении от Юпитера высота выступов на поверхности спутника увеличивается и уменьшается. В ходе этого непрерывного процесса деформации поверхность Ио поднимается более чем на 100 м, что соответствует высоте лондонского Биг-Бена. Это сжимание-разжимание и нагревает спутник. Если бы Ио был единственным спутником, его орбита в конечном итоге приняла бы круглую форму, что привело бы к потере источника тепла. Но этого не происходит благодаря массивным соседям Ио.

В 1610 г. итальянский астроном Галилео Галилей сконструировал телескоп, с помощью которого ему удалось увидеть Юпитер. Благодаря 20-кратному увеличению — крошечному по современным меркам — Галилей смог разглядеть четыре самых больших спутника газового гиганта. Они получили название галилеевых спутников. Сам Галилей присвоил им порядковые номера, что хоть и было вполне научно, но все-таки навевало скуку. Одновременно с Галилеем те же самые спутники открыл немецкий астроном Симон Марий. Он назвал их в честь возлюбленных Зевса, бога из греческой мифологии, которому в римском пантеоне соответствовал Юпитер. В 1614 г. Марий опубликовал результаты своих изысканий, дав четырем спутникам имена Ио, Европа, Ганимед и Каллисто.

Если начинать с самого близкого к Юпитеру спутника, то мы получаем следующую последовательность периодов обращения: Ио — 1,8 суток, Европа — 3,6 суток (в 2 раза больше, чем у Ио), Ганимед — 7,2 суток (в 4 раза больше, чем у Ио), Каллисто — 16,7 суток (то есть достаточно много по сравнению с остальными).

Каллисто — единственный из четырех спутников, орбитальный период которого не кратен орбитальному периоду Ио. Остальные три спутника находятся в орбитальном резонансе 1:2:4. В главе 5 мы уже упоминали, что выйти из орбитального резонанса не так-то просто. Поэтому все три спутника исключительно устойчивы к любым взаимодействиям, которые бы могли повлиять на их эллиптические орбиты. Благодаря этому они непрерывно подвергаются приливному разогреву в результате деформаций, вызванных притяжением Юпитера.

Из-за большой величины приливного разогрева вода в жидкой форме на Ио существовать не может. Однако Европа и Ганимед не подвергаются столь суровым деформациям. Эти спутники находятся на большем расстоянии от Юпитера. Поэтому на них возникает прямо противоположная проблема с водой: на их поверхности слишком холодно, ее покрывает толстый слой твердого льда. С другой стороны, согласно имеющимся данным, эта пара лун не промерзает до ядра.