Четири най-големи луни на Юпитер - ака. Галилейските Луни, състоящи се от Йо, Европа, Ганимед и Калисто - не са нищо, ако не и очарователни. Те включват възможността за вътрешни океани, наличието на атмосфери, вулканична активност, човек има магнитосфера (Ганимед) и вероятно има повече вода дори от Земята.
Но може би най-завладяващата Галилейска луна е Европа: шестата най-близка до Юпитер луна, най-малката от четирите и шестата по големина луна в Слънчевата система. Освен че има ледена повърхност и възможен интериор с топла вода, тази Луна се счита за един от най-вероятните кандидати за притежаване на живот извън Земята.
Откриване и именуване:
Европа, заедно с Йо, Ганимеде и Калисто, бяха открити от Галилео Галилей през януари 1610 г., използвайки телескоп по свой собствен дизайн. По онова време той неправилно приема тези четири светещи обекта за „неподвижни звезди“, но непрекъснатото наблюдение показва, че те обикалят около Юпитер по начин, който може да се обясни единствено със съществуването на спътници.
Подобно на всички спътници на Галилей, Европа беше кръстена на любовник на Зевс, гръцкият еквивалент на Юпитер. Европа била финикийска благородничка и дъщеря на царя на Тир, който по-късно станал любовник на Зевс и кралицата на Крит. Схемата за именуване беше предложена от Саймън Мариус - немски астроном, за който се смята, че е открил четирите спътника независимо - който от своя страна приписва предложението на Йоханес Кеплер.
Първоначално тези имена не са били популярни и Галилей отказва да ги използва, вместо това избира схемата за именуване на Юпитер I - IV - като Европа е Юпитер II, тъй като се смята, че е вторият най-близък до Юпитер. Въпреки това, до средата на 20 век имената, предложени от Мариус, се възраждат и влизат в обща употреба.
Откриването на Амалтея през 1892 г., която в орбита е по-близо до Юпитер от Галилеите, изведе Европа на трета позиция. С пътник сонди, още три вътрешни спътника са открити около Юпитер през 1979 г. Оттогава. Europa е призната като шестият спътник по отношение на разстоянието от Юпитер.
Размер, маса и орбита:
Със среден радиус около 1560 км и маса 4.7998 × 1022 кг, Европа е 0,245 размера на Земята и 0,008 пъти по-масивна. Освен това е малко по-малка от Земната Луна, което я прави шестата по големина луна и петнадесети по големина обект в Слънчевата система. Орбитата му е почти кръгла, с ексцентриситет 0,09 и лежи на средно разстояние от 670 900 км от Юпитер - 664 862 км при Периапсис (т.е. когато е най-близо) и 676 938 км при Апоапсис (най-отдалечен).
Подобно на своите колеги галилейски спътници, Европа е прикована в Юпитер, като едното полукълбо на Европа непрекъснато е насочено към газовия гигант. Други изследвания обаче показват, че заключването на приливите и отливите може да не е пълно, тъй като може да има несинхронно въртене.
По принцип това означава, че Европа може да се върти по-бързо, отколкото орбитира Юпитер (или го правеше в миналото) поради асиметрия във вътрешното си разпределение на масата, където скалистият интериор се върти по-бавно от ледената си кора. Тази теория подкрепя идеята, че Европа може да има течен океан, отделящ кора от ядрото.
Европа отнема 3,55 земни дни, за да завърши една орбита около Юпитер и винаги е леко наклонена към екватора на Юпитер (0,470 °) и до еклиптиката (1,779 °). Европа също поддържа орбитален резонанс 2: 1 с Io, орбитирайки веднъж около Юпитер за всеки две орбити от най-вътрешната Галилея. Извън него Ганимед поддържа резонанс 4: 1 с Йо, орбитира веднъж около Юпитер за всеки две ротации на Европа.
Тази малка ексцентричност на орбитата на Европа, поддържана от гравитационните смущения от другите Галилеи, кара положението на Европа леко да се колебае. С приближаването си към Юпитер гравитационното привличане на Юпитер се увеличава, което кара Европа да се издължава към и извън нея. Докато Европа се отдалечава от Юпитер, гравитационната сила намалява, което кара Европа да се отпусне обратно в по-сферична форма и създава приливи и отливи в океана си.
Орбиталната ексцентричност на Европа също непрекъснато се изпомпва от орбиталния си резонанс с Io. По този начин приливното огъване омесва вътрешността на Европа и му осигурява източник на топлина, което може да позволи на океана да остане течен, докато управлява подземни геоложки процеси. Крайният източник на тази енергия е въртенето на Юпитер, което се подслушва от Io чрез приливите и отливите, които издига на Юпитер и се пренася в Европа и Ганимед чрез орбиталния резонанс.
Характеристики на състава и повърхността:
Със средна плътност 3,013 ± 0,005 g / cm3, Европа е значително по-малко гъста от която и да е от другите галилейски луни. Независимо от това, плътността показва, че съставът му е подобен на повечето луни във външната Слънчева система, като се разграничава между вътрешността на скала, съставена от силикатна скала и възможно желязна сърцевина.
Над този скалист интериор е слоен воден лед, който се изчислява на дебелина около 100 км. Този слой вероятно е диференциран между замръзнала горна кора и аликводен воден океан отдолу. Ако е налице, този океан вероятно е топла вода, солен океан, който съдържа органични молекули, е кислороден и се нагрява от геоложко-активното ядро на Европа.
По отношение на повърхността си Европа е един от най-гладките обекти в Слънчевата система, с много малко мащабни характеристики (т.е. планини и кратери), за които да говорим. Това се дължи до голяма степен на факта, че повърхността на Европа е тектонично активна и млада, с ендогенна обособяване, водеща до периодични обновления. Въз основа на оценките за честотата на комарните бомбардировки се смята, че повърхността е на възраст от 20 до 180 милиона години.
Въпреки това, в по-малък мащаб, екваторът на Европа е теоретично покрит от 10 метра високи ледени шипове, наречени пенитенти, които са причинени от ефекта на пряка надземна слънчева светлина върху екватора, топящ се вертикални пукнатини. Изтъкнатите маркировки пресичащи Европа (наречена) lineae) са друга основна характеристика, за която се смята, че са предимно албедо функции.
По-големите ленти са по-големи от 20 км (12 мили), често с тъмни, дифузни външни ръбове, редовни ивици и централна лента от по-лек материал. Най-вероятната хипотеза гласи, че тези линейки може да са произведени от поредица от изригвания на топъл лед, когато кората на Европан се разпростира, за да разкрие по-топли слоеве - подобно на това, което се случва в океанските хребети на Земята.
Друга възможност е ледената кора да се върти малко по-бързо от вътрешността си, ефект, който е възможен поради подземния океан, отделящ повърхността на Европа от скалистата й мантия, и ефектите на гравитацията на Юпитер върху външната ледена кора на Европа. В съчетание с фотографски доказателства, които предполагат понижаване на повърхността на Европа, това може да означава, че леденият външен слой на Европа се държи като тектонски плочи тук, на Земята.
Други характеристики включват кръгла и елиптична lenticulae (На латински за "лунички"), които се отнасят за многото куполи, ями и гладки или грубо текстурирани тъмни петна, които проникват по повърхността. Куполните върхове изглеждат като парчета от по-старите равнини около тях, което предполага, че куполите са се образували, когато равнините са били изтласкани отдолу.
Една от хипотезите за тези характеристики е, че те са резултат от топъл лед, изтласкващ се през външния леден слой, почти по същия начин, по който магмените камери пробиват земната кора. Гладките черти могат да се образуват от топената вода, която излиза на повърхността, докато грубите текстури са резултат от пренасянето на малки фрагменти от по-тъмен материал. Друго обяснение е, че тези характеристики седят над огромни езера с течна вода, които са затворени в кората - различна от вътрешния океан.
От времето на пътник мисии прелетяха покрай Европа през 1979 г., учените също бяха запознати с многото пържоли от червеникаво-кафяв материал, които покриват фрактури и други геоложки младежки характеристики на повърхността на Европа. Спектрографските данни показват, че тези ивици и други подобни характеристики са богати на соли (като магнезиев сулфат или хидрат на сярна киселина) и се отлагат чрез изпаряване на водата, която излиза отвътре.
Ледената кора на Европа му дава албедо (светлоотразителна способност) от 0,64, една от най-високите от всички луни. Нивото на радиация на повърхността е еквивалентно на доза от около 5400 mSv (540 rem) на ден, количество, което би причинило тежко заболяване или смърт при хора, изложени за един ден. Температурата на повърхността е около 110 K (-160 ° C; -260 ° F) в екватора и 50 K (-220 ° C; -370 ° F) на полюсите, запазвайки ледената кора на Европа толкова твърда, колкото гранита.
Подземен океан:
Научният консенсус е, че под повърхността на Европа има слой течна вода, а топлината от приливно огъване позволява на подземния океан да остане течен. Наличието на този океан е подкрепено от множество доказателства, първият от които са модели, при които вътрешното нагряване се причинява от приливно огъване чрез взаимодействието на Европа с магнитното поле на Юпитер и другите луни.
Най- пътник и Galileo мисиите също така предоставят индикации за вътрешен океан, тъй като и двете сонди предоставят изображения на така наречените „терени на хаоса”, които се смята, че са резултат от стопяването на подземния океан през ледената кора. Според този модел „тънък лед“ ледената обвивка на Европа може да е с дебелина само няколко километра или толкова тънка, колкото 200 метра (660 фута), което би означавало, че редовен контакт между вътрешната течност и повърхността може да възникне чрез открити гребени ,
Това тълкуване обаче е противоречиво, тъй като повечето геолози, които са изучавали Европа, са предпочитали модела на „дебелия лед“, където океанът рядко (ако изобщо е имал) взаимодейства с повърхността. Най-доброто доказателство за този модел е проучване на големите кратери в Европа, най-големият от които е заобиколен от концентрични пръстени и изглежда, че е изпълнен със сравнително плосък, пресен лед.
Въз основа на това и на изчисленото количество топлина, генерирана от приливите на Europan, се изчислява, че външната кора на твърдия лед е с дебелина приблизително 10–30 km (6–19 мили), включително пластичен слой „топъл лед“, който може да означава, че течният океан отдолу може да е на около 100 км дълбочина.
Това доведе до оценки на обема на океаните в Европа, които достигат 3 × 1018 m3 - или три квадрилиона кубически километра; 719,7 трилиона кубични мили. Това е малко повече от два пъти повече от общия обем на всички земни океани.
Допълнителни доказателства за подземен океан бяха предоставени от Galileo орбитър, който определи, че Европа има слаб магнитен момент, който се индуцира от променливата част на магнитното поле на Йовиан. Силата на полето, създадена от този магнитен момент, е около една шеста от силата на полето на Ганимед и шест пъти по-голяма от стойността на Калисто. Съществуването на индуцирания момент изисква слой от силно електропроводим материал във вътрешността на Европа, а най-правдоподобното обяснение е голям подземен океан от течна солена вода.
Европа също може да има периодично появяващи се потоци вода, които нарушават повърхността и достигат до 200 km (120 мили) височина, което е над 20 пъти по-високо от височината на Mt. Еверест. Тези сливи се появяват, когато Европа е в най-отдалечената й точка от Юпитер, и не се виждат, когато Европа е в най-близката си точка до Юпитер.
Единствената друга луна в Слънчевата система, която показва подобни видове водни пари, е Енцелад, въпреки че прогнозната степен на изригване в Европа е около 7000 кг / сек в сравнение с около 200 кг / сек за Енцелад.
Атмосфера:
През 1995 г. Galileo Мисията разкри, че Европа има тънка атмосфера, съставена предимно от молекулен кислород (О2). Повърхностното налягане на атмосферата на Европа е 0,1 микро паскали или 10-12 пъти от Земята. Съществуването на дебела йоносфера (горен атмосферен слой от заредени частици) е потвърдено през 1997 г. от Galileo, което изглежда е създадено от слънчева радиация и енергийни частици от магнитосферата на Юпитер.
За разлика от кислорода в земната атмосфера, Европа не е от биологичен произход. Вместо това се образува чрез процеса на радиолиза, при който ултравиолетовото лъчение от магнитосферата на Йовиан се сблъсква с ледената повърхност, разделяйки водата на кислород и водород. Същото излъчване също създава колизионни изхвърляния на тези продукти от повърхността и балансът на тези два процеса образува атмосфера.
Наблюденията на повърхността разкриха, че част от молекулния кислород, произведен чрез радиолиза, не се изхвърля от повърхността и се задържа поради неговата маса и гравитацията на планетата. Тъй като повърхността може да взаимодейства с подземния океан, този молекулен кислород може да си проправи път към океана, където може да помогне в биологичните процеси.
Междувременно на водорода липсва масата, необходима за запазване като част от атмосферата и повечето се губи в космоса. Това избягва водорода, заедно с части от атомен и молекулен кислород, които се изхвърлят, образува газов торус в близост до орбитата на Европа около Юпитер.
Този „неутрален облак“ е открит и от двете Касини и Galileo космически кораб и има по-голямо съдържание (брой атоми и молекули) от неутралния облак, обграждащ вътрешната луна на Юпитер Io. Моделите прогнозират, че почти всеки атом или молекула в тора на Европа в крайна сметка се йонизира, като по този начин предоставя източник на магнитосферната плазма на Юпитер.
Проучване:
Изследването на Европа започва с мухата на Юпитер от Пионер 10 и 11 космически кораби съответно през 1973 и 1974 г. Първите снимки от близък план бяха с ниска разделителна способност в сравнение с по-късни мисии. Двете пътник сонди пътуват през системата Jovian през 1979 г., предоставяйки по-подробни изображения на ледената повърхност на Европа. Тези изображения доведоха до това, че много учени спекулират за възможността за течен океан отдолу.
През 1995 г. космическата сонда "Галилео" започна осемгодишната си мисия, която ще я види в орбита на Юпитер и ще осигури най-подробното изследване на Галилейските луни до момента. Тя включваше Мисия Galileo Europa и Мисия „Галилео хилядолетие“, която изпълни множество близки полети на Европа. Това бяха последните мисии до Европа, извършени от всяка космическа агенция до този момент.
Въпреки това предположенията за вътрешен океан и възможността за намиране на извънземен живот са осигурили висок профил на Европа и доведоха до стабилно лобиране за бъдещи мисии. Целите на тези мисии варират от изследване на химичния състав на Европа до търсене на извънземен живот в неговите хипотезирани подземни океани.
През 2011 г. мисията на Европа беше препоръчана от американското проучване за десетилетие на планетарните науки. В отговор НАСА възложи проучвания за проучване на възможността за кацане на Европа през 2012 г., заедно с концепции за полет на Европа и орбиталка на Европа. Опцията за елемент на орбитата се концентрира върху „океанската“ наука, докато множественият летящ елемент се концентрира върху химията и енергетиката.
На 13 януари 2014 г. комисията по бюджетни кредити обяви нов двустранен законопроект, който включва финансиране на стойност 80 милиона долара за продължаване на проучванията на концепцията за мисията Европа. През юли 2013 г. лабораторията за реактивни двигатели и приложна физика на НАСА представи актуализирана концепция за полетна мисия Европа (наречена Europa Clipper).
През май 2015 г. НАСА официално обяви, че е приела Europa Clipper мисия и разкри инструментите, които ще използва. Те ще включват проникващ в лед радар, инфрачервен спектрометър с къса вълна, топографско изображение и спектрометър с йонна и неутрална маса.
Целта на мисията ще бъде да проучи Европа, за да проучи обитаемостта и да избере сайтове за бъдеща земя. Той няма да орбитира Европа, а вместо това орбитира Юпитер и провежда 45 полета на Европа на ниска височина по време на мисията.
Плановете за мисия в Европа също съдържаха подробности за възможно Europa Orbiter, роботизирана космическа сонда, чиято цел е да характеризира степента на океана и връзката му с по-дълбоката вътрешност. Натоварването на инструмента за тази мисия ще включва радио подсистема, лазерен висотомер, магнитометър, сонда Langmuir и камера за картографиране.
Бяха направени и планове за потенциал Europa Lander, роботизирано превозно средство, подобно на Viking, Марс Pathfinder, дух, Opportunity и любопитство роувъри, които изследват Марс от няколко десетилетия. Подобно на своите предшественици, The Europa Lander ще проучи обитаемостта на Европа и ще оцени нейния астробиологичен потенциал чрез потвърждаване на съществуването и определяне на характеристиките на водата в и под ледената обвивка на Европа.
През 2012 г. Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE) концепцията беше избрана от Европейската космическа агенция (ESA) като планирана мисия. Тази мисия ще включва някои полети на Европа, но е по-фокусирана върху Ганимед. Много други предложения бяха разгледани и отложени поради проблеми с бюджетите и променящите се приоритети (като проучване на Марс). Въпреки това продължаващото търсене на бъдещи мисии е индикация за това колко доходоносна астрономическата общност смята проучването на Европа.
Обитаемост:
Europa се превърна в едно от най-добрите места в Слънчевата система по отношение на потенциала си за живот на хостинг. Животът би могъл да съществува в подледения му океан, може би да съществува в среда, подобна на дълбочинните океански хидротермални отвори на Земята.
На 12 май 2015 г. НАСА обяви, че морската сол от подземен океан вероятно покрива някои геоложки характеристики на Европа, което предполага, че океанът взаимодейства с морското дъно. Това може да е важно за определяне дали Европа може да бъде обитаема за живот, според учените, тъй като това би означавало, че вътрешният океан може да бъде кислороден.
Енергията, която се осигурява от приливното огъване, води до активни геоложки процеси във вътрешността на Европа. Въпреки това, енергията от приливно огъване никога не може да поддържа екосистема в океана на Европа толкова голяма и разнообразна, колкото е базирана на фотосинтеза екосистема на земната повърхност. Вместо това животът в Европа вероятно ще бъде струпван около хидротермални отвори на океанското дъно или под океанското дъно.
Алтернативно, може да съществува, прилепнал към долната повърхност на ледения слой на Европа, подобно на водораслите и бактериите в полярните райони на Земята, или да плава свободно в океана на Европа. Ако обаче океанът на Европа беше твърде студен, биологичните процеси, подобни на тези, известни на Земята, нямаше да се осъществят. По същия начин, ако беше твърде солено, само екстремни форми на живот биха могли да оцелеят в неговата среда.
Има също така доказателства в подкрепа на съществуването на течни водни езера в ледената външна обвивка на Европа, които се отличават от течния океан, за който се смята, че съществува по-надолу. Ако бъде потвърдено, езерата могат да бъдат още едно потенциално местообитание за живот. Но отново това ще зависи от средната им температура и съдържанието на сол.
Също така има доказателства, че водородният пероксид е в изобилие по цялата повърхност на Европа. Тъй като водородният пероксид се разпада в кислород и вода, когато се комбинира с течна вода, учените твърдят, че той може да бъде важно енергийно снабдяване за прости форми на живот.
През 2013 г. и въз основа на данните от сондата „Галилео“ НАСА обяви откриването на „глинестоподобни минерали“ - които често се свързват с органични материали - на повърхността на Европа. Присъствието на тези минерали може да е резултат от сблъсък с астероид или комета според тях, който може би е дошъл дори от Земята.
Колонизацията:
Възможността за човешка колонизация на Европа, която включва и планове за нейното оформяне, е проучена задълбочено както в научната фантастика, така и като научен стремеж. Привържениците на използването на Луната като място за заселване на човека подчертават многобройните предимства, които Европа има пред други извънземни тела в Слънчевата система (като Марс).
Основно сред тях е наличието на вода. Въпреки че достъпът до него би бил труден и би могъл да наложи сондажи до дълбочина от няколко километра, чистото изобилие на вода в Европа би било предимство за колонистите. В допълнение към осигуряването на питейна вода, вътрешният океан на Европа може да се използва и за производството на дишащ въздух чрез процеса на радиолиза и ракетно гориво за допълнителни мисии.
Присъствието на тази вода и воден лед също се счита за причина за тераформирането на планетата. Използвайки ядрени устройства, кометни въздействия или други средства за повишаване на повърхностната температура, ледът може да бъде сублимиран и да образува масивна атмосфера от водни пари. След това тези пари ще бъдат подложени на радиолиза поради излагане на магнитното поле на Юпитер, превръщайки го в кислороден газ (който ще остане близо до планетата) и водород, който ще избяга в космоса.
Въпреки това колонизирането и / или тераформирането на Европа също представлява няколко проблема. На първо място е голямото количество радиация, идващо от Юпитер (540 промила), което е достатъчно, за да убие човек в рамките на един ден. Следователно колониите на повърхността на Европа трябва да бъдат широко защитени или ще трябва да използват ледения щит като защита, като се спускат под кора и живеят в подземни местообитания.
Тогава там е ниската гравитация на Европа - 1.314 m / s или 0.134 пъти по-голяма от земната норма (0.134 g) - също представлява предизвикателства за уреждане на хора. Ефектите от ниската гравитация са активно поле за изследване, основано до голяма степен на продължителния престой на астронавтите в ниска земна орбита. Симптомите на продължително излагане на микрогравитация включват загуба на костна плътност, мускулна атрофия и отслабена имунна система.
Ефективните противодействия за отрицателните ефекти на ниската гравитация са добре установени, включително агресивен режим на ежедневно физическо натоварване. Това изследване обаче е проведено в условия на нулева гравитация. Така че ефектите на намалената гравитация върху постоянните обитатели, да не говорим върху развитието на феталната тъкан и развитието на детството за онези колонисти, родени в Европа, понастоящем са неизвестни.
Освен това се спекулира, че извънземни организми могат да съществуват на Европа, вероятно във водата, лежаща под ледената обвивка на Луната. Ако това е вярно, човешките колонисти могат да влязат в конфликт с вредни микроби или агресивни форми на местния живот. Нестабилната повърхност може да представлява друг проблем. Като се има предвид, че повърхностният лед е подложен на редовни струи и ендогенно разраняване, природните бедствия могат да бъдат често срещано явление.
През 1997 г. проектът Artemis - частно космическо предприятие, което подкрепя установяването на постоянно присъствие на Луната - също обяви планове за колонизация на Европа. Според този план изследователите първо ще установят малка основа на повърхността, а след това ще пробият в ледената кора Europan, за да създадат подземна колония, защитена от радиация. Досега тази компания не се е срещала с успех в нито едно начинание.
През 2013 г. екип от архитекти, дизайнери, бивши специалисти в НАСА и известни личности (като Жак Кусто) се събраха, за да формират Objective Europa. Подобно на концепцията на Mars One, тази многолюдна организация се надява да набере необходимия опит, за да събере парите, необходими за монтиране на еднопосочна мисия до луната на Йовиан и създаване на колония.
Цел Европа започна фаза I от своето начинание - „теоретичната фаза на изследване и концепция“ - през септември 2013 г. Ако и когато тази фаза приключи, те ще започнат следващите фази - които изискват подробно планиране на мисията, подготовка и подбор на екипажа, и стартирането и пристигането на самата мисия. Тяхното намерение е да постигнат всичко това и да наемат мисия в Европа между 2045 и 2065 година.
Независимо от това дали хората биха могли да се обадят на Европа вкъщи или не, за нас е очевидно, че там се случва повече, отколкото биха предполагали външни изяви. В следващите десетилетия вероятно ще изпращаме много сонди, орбити и десанти до планетата с надеждата да научим какви мистерии има.
И ако настоящата бюджетна среда не задържа космическите агенции, не е вероятно частните предприятия да се намесят, за да получат първите си. С късмет може просто да открием, че Земята не е единственото тяло в нашата Слънчева система, което е в състояние да поддържа живота - може би дори в сложна форма!
Имахме много истории за списанието Europa на Space Magazine, включително история за възможна подводница, която може да се използва за изследване на Европа, и статия, обсъждаща дали океанът на Европа е дебел или тънък.
Има и статиите за Луните на Юпитер и Галилейските луни.
За повече информация проектът на НАСА „Галилео“ има страхотна информация и изображения за Европа.
Записахме и цял спектакъл точно на Юпитер за Астрономически роли. Чуйте го тук, Епизод 56: Юпитер и Епизод 57: Луните на Юпитер.
