Вулканы страстей

Ближайший к Юпитеру спутник вместе с тремя другими его "коллегами" был открыт Галилеем четыре века назад, а первый вулкан на Ио обнаружен на снимке зонда "Вояджер-1" в 1979 году.

Ио - каменистый спутник газового гиганта Юпитера - чуть больше Луны. Впрочем, на этом сходство и заканчивается: в отличие от нашей молчаливой и спокойной соседки на Ио кипят нешуточные страсти, а всё из-за бурной вулканической активности. Но откуда у холодной Ио с температурой на экваторе минус пятьдесят градусов берётся энергия? Только недавно компьютерные расчеты и анализ многолетних наблюдений астрономов позволили пролить свет на эту и ряд других загадок.

Ближайший к Юпитеру спутник вместе с тремя другими его "коллегами" был открыт Галилеем четыре века назад, а первый вулкан на Ио обнаружен на снимке зонда "Вояджер-1" в 1979 году.

Благодаря миссии "Галилео", на рубеже тысячелетий выяснилось, что на Ио просто нет живого места: порой там одновременно извергаются больше десятка вулканов, которые могут выбрасывать соединения серы вверх на несколько сотен километров. Потоки лавы и целые её озера всё время меняют ландшафт этого небесного тела. Но каким бы горячим спутник ни был в момент образования, он давно должен был бы остыть, а его вулканы - потухнуть.

Почти сразу после открытия на Ио вулканов учёные предположили, что свою внутреннюю энергию, выбрасываемую извержениями на поверхность, спутник черпает из мощных приливов. Юпитер в триста раз тяжелее Земли, и, согласно оценкам, вызванные им приливы прогибают поверхность Ио вверх и вниз более чем на десять метров. Эти деформации приводят к трению слагающих спутник пород друг о друга и выделению достаточного для вулканов количества тепла. Кроме того, из-за эллиптической орбиты Ио постоянно приближается к Юпитеру и удаляется от него, и изменения в силе притяжения тоже способствуют деформациям и дополнительному нагреву.

Однако потери механической энергии вращения на нагрев со временем должны были сделать орбиту спутника почти круговой и затормозить его вращение так, чтобы он всегда был повернут к Юпитеру одной стороной. Но и этому противоречию нашлось объяснение. Разгадка кроется в других спутниках Юпитера - период обращения Европы ровно вдвое, а Ганимеда вчетверо больше, чем у Ио. То есть луны Юпитера находятся в так называемом резонансе Лапласа, который приводит к активной перекачке энергии между ними и поддержанию эллиптичности орбиты Ио. Вращение спутников и Юпитера вокруг своей оси, а также приливные движения на этих небесных телах, делают ситуацию крайне запутанной. И ранее попытки разобраться с поведением Ио терпели фиаско.

Лишь недавно астрофизики из Парижской обсерватории и Королевской обсерватории Бельгии опубликовали в журнале Nature статью, которая наконец внесла ясность. На основе детальных компьютерных расчетов, опирающихся на астрофизические наблюдения с 1891 года, учёные установили, что вулканизм Ио действительно объясняется приливным нагревом и сейчас спутник находится в состоянии энергетического равновесия. Ио постепенно приближается к Юпитеру, а Европа и Ганимед удаляются. Это означает, что уже в ближайшие сто миллионов лет система может выйти из состояния резонанса Лапласа, и тогда вулканы на Ио неизбежно потухнут.

Любопытно, что похожий механизм генерации внутреннего тепла за счёт периодического сжатия и расширения вращающейся по эллиптической орбите планеты позволил астрофизикам из Принстонского университета объяснить необычную "толщину" некоторых газовых гигантов наподобие Юпитера. Часть из них, найденная за пределами Солнечной системы, не вписывалась в общепринятую теорию: планеты были примерно на треть "толще", чем предполагали учёные.

Эти планеты, как и Юпитер, в основном состоят из газа, который, как известно, при нагревании расширяется, а при остывании уменьшается в объёме. Поэтому образовавшаяся из вращающегося вокруг звезды газопылевого диска планета, остывая вследствие излучения тепла в окружающее пространство, должна быстро уменьшаться в размерах. Процесс остывания и сжатия газового гиганта может замедлить упомянутый механизм дополнительного нагрева за счет вязкого трения газа, который будет действовать до тех пор, пока орбита планеты не станет круговой. Свою теорию исследователи изложили на июньском заседании Американского астрономического общества.

В другом любопытном докладе учёных из Южной обсерватории Gemini в Чили, представленном на суд Канадского астрономического общества, обсуждались первые наблюдения "погоды" на буром карлике (подобные небесные тела занимают промежуточное положение между планетами и звездами). Несколько дней наблюдений за быстро вращающимся бурым карликом SIMP0136 показали, что его яркость в инфракрасном диапазоне меняется вплоть до семи процентов в такт с периодом вращения, равным 2,4 часа. Кроме того, характер этих колебаний со временем постепенно изменяется.

Полученные результаты учёные объяснили наличием на карлике облаков, которые частично закрывают его горячую излучающую поверхность. Такие облака могут состоять из частичек силикатов и металлов. Быстрое вращение SIMP0136 приводит к возникновению циклонов и штормов, похожих на Большое красное пятно Юпитера. Пара таких штормов, блуждающих по бурому карлику, вполне может быть причиной наблюдаемой астрономами картины.

Из еженедельника "Компьютерра" № 25-26 (789-790)