Grand Tour — «Вояджер»
В конце 60-х годов прошлого века у NASA имелась космическая программа Grand Tour, в рамках которой ученые планировали отправить к внешним планетам Солнечной системы четыре аппарата. Два в 1977 году — к Юпитеру, Сатурну, Плутону, еще два в 1979 году — к Юпитеру, Урану, Нептуну. Но, как это часто бывает в космической отрасли, правительство США значительно урезало финансирование проекта. Урезало в пользу уже утвержденной программы «Шаттл» — с 1 млрд. долларов до 360 млн. долларов. Специалисты NASA пересмотрели проект и решили вместо четырех зондов отправить два. Да и число исследуемых тел ограничили. Вместо шести теперь их стало три: Юпитер, Сатурн, Титан. Последний мир представлял особый интерес. В список его включили из-за того, что это единственный спутник Солнечной системы, у которого есть атмосфера.
Фото: NASA / Запуск «Вояджера-1» с мыса Канаверал 5 сентября 1977 г
К полету готовились два зонда серии «Маринер»: «Маринер-11» и «Маринер-12». Станции этого типа NASA использовало с 1962 года, в разное время их отправляли к Венере, Марсу и Меркурию. Программу Grand Tour переименовали в Mariner Jupiter-Saturn, а в 1977 году проекту дали новое название — «Вояджер». Теперь зонды назывались «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Оба они отправились в путь в 1977 году с разницей в 16 дней. Первоначально планировалось, что срок службы аппаратов составит 5 лет, но, как известно, их полет продолжается уже почти 44 года.
Слайд 2Астеро́ид — относительно небольшое небесное тело Солнечной системы, движущееся по орбите вокруг Солнца.
Астероиды значительно уступают по массе и размерам планетам, имеют неправильную форму,
и не имеют атмосферы, хотя при этом и у них могут быть спутники.
Термин астероид был введён Уильямом Гершелем на основании того, что эти объекты при наблюдении в телескоп выглядели как точки звёзд — в отличие от планет, которые при наблюдении в телескоп выглядят дисками. Точное определение термина «астероид» до сих пор не является установившимся. До 2006 года астероиды также называли малыми планетами.
Главный параметр, по которому проводится классификация, — размер тела. Астероидами считаются тела с диаметром более 30 м, тела меньшего размера называют метеороидами.
Атмосфера спутника Ио
Атмосфера Ио наполнена двуокисью серы из-за магматического океана лавы, расположенного под корой спутника. Credit: Calvin J. Hamilton.
Сателлит обладает слабой атмосферой, состоящей:
- из чистой серы;
- из двуокиси серы;
- из простой окиси серы;
- из кислорода;
- из хлористого натрия.
Источник двуокиси серы — непосредственно вулканическая деятельность, а также выделяемые действующими вулканами шлейфы. Каждую секунду здесь выделяется минимум 100 кг этого вещества, но основной его объем задерживается у поверхности. Остальные элементы попадают в атмосферу в результате дегазации вулканов.
Каждый местный год на 2 часа Ио попадает в полную тень Юпитера. Солнечный свет не проникает сюда, воздух не нагревается, а на поверхность спутника выпадает снег из серы. Даже извергающийся вулканами газ моментально замерзает. В это время происходит уникальное явление: атмосферный слой успевает существенно разрушиться, а после наступления утра возрождается — снег тает и выделяет в атмосферу серные соединения.
Давление в воздухе низкое, на ночной стороне оно может упасть в сотни раз по сравнению с освещенным полушарием. Средняя температура на спутнике — -163… -183°С, но возле вулканов жарко: зафиксированный абсолютный максимум составил +1527°С.
Орбита спутника Юпитера Ио представляет собой эллипс. Credit: pages.uoregon.edu.
Наблюдение Ио
После открытия этого спутника два века подряд ни один астроном не смог увидеть на нем никаких деталей. Лишь на рубеже 19-20 веков появились достаточно мощные инструменты, которые позволили что-то увидеть. Плюс спектрографические и другие исследования помогли кое-что узнать о природе Ио и подтвердить вулканическую активность. Основные данные и качественные фотографии были получены лишь благодаря космическим зондам и телескопу
Обычный любитель астрономии, вооруженный гораздо более скромными инструментами, увидит Ио лишь как звезду. Кстати, уже в 8-10-кратный бинокль Ио можно прекрасно увидеть, когда спутник находится на достаточном расстоянии от Юпитера и не сливается с ним. В телескоп, даже довольно скромный, различить все 4 галилеевых спутника вообще не представляет труда.
80-мм рефрактор с качественной оптикой позволяет наблюдать прохождение теней от спутников по диску Юпитера. Более крупный инструмент даст возможность увидеть разницу в резкости этих теней. Можно видеть этот процесс более крупным планом, что довольно интересное занятие. Иногда удается увидеть двойное или даже тройное прохождение теней. Так же можно увидеть оттенок спутника – у Ио он желтый благодаря обилию серы.
Прохождение спутника на фоне Юпитера
Во время противостояния можно увидеть одновременно прохождение самого спутников и их теней по диску Юпитера. Наблюдать их на фоне неба гораздо сложнее, из-за неполной фазы и темного фона.
История наблюдений и исследования спутника Юпитера
Первым сведением о спутниках Юпитера стало наблюдение Европы и Ио Галилео Галилеем, который поначалу принял их за одно небесное тело, но в последующие дни все-таки смог разделить их на отдельные объекты. Открытие произошло в 1610 году, когда ученый использовал свой новый рефракторный телескоп, увеличивающий картину в 20 раз. Последующее изучение спутников Юпитера способствовало появлению математических теорий Лапласа и Кассини, касающихся явления , влияющих на геологию данных небесных тел.
Орбитальный резонанс спутников Юпитера
С начала 20-го века астрономы получили возможность пользоваться телескопами с высоким разрешением. Тогда ученые рассмотрели более крупные детали на поверхности луны Ио. Позднее стал доступным спектрографический анализ космических объектов, благодаря которому было обнаружено, что луна лишена поверхностного льда, а в составе ее почвы содержится большое количество серных и натриевых соединений. Начиная с конца 20-го века изучение спутников Юпитера стало проводиться с помощью летательных аппаратов, запускаемых различными космическими программами.
Открытие Ио, спутника Юпитера
Когда Галилео Галилей 7 января 1610 года навел свой самодельный телескоп на Юпитер, он обнаружил всего три спутника. Ио и Европа слились в один объект, и Галилей не смог их рассмотреть. Однако уже на следующий день он ясно увидел, что спутников все-таки четыре, поэтому датой открытия Ио считается 8 января 1610 года.
Кстати, Галилей назвал этот спутник Юпитером I, и лишь немного позднее Симон Марий дал ему нынешнее название, поддержав предложение Иоганна Кеплера называть все спутники Юпитера в честь любовниц бога Зевса (Юпитера). Правда, названия эти тогда не прижились, и лишь в середине 20 века спутник Ио снова стали так называть – до этого он так и был Юпитером I.
Любопытно, что, согласно мифам, Зевс изнасиловал юную Ио, а потом превратил её в корову, чтобы про сей факт не узнала жена – Гера.
Состав и поверхность Ио
Плотность этого небесного тела — больше 3,5 г/куб. см, это самая массивная и плотная из юпитерианских лун. Твердь состоит из силикатных пород (мантия и кора) и железа, чистого и в виде сульфидов (ядро). Этим Ио похожа на планеты земного типа.
Если в ядре спутника преобладает чистое железо, оно может иметь радиус 350-650 км и составлять 20% всей массы небесного тела. Если в его составе также имеются большие объемы серы, радиус ядровой области может составлять 550-900 км. Выше находится мантия, 75% состава которой — это магний и железо. В верхней коре преобладают сера и базальт. Высота литосферы — 12-40 км.
Это одно из самых сухих мест космоса. Любая влага, которая могла бы существовать здесь, давно испарилась, сразу, как только начали действовать вулканы, из-за сильного излучения центральной планеты. И все же кое-где на поверхности небесного тела видны ледяные шапки. Полностью возможность существования простейшей жизни на Ио исследователи не исключают: глубоко внутри коры могут обитать организмы.
Красные маркеры — горячие точки и вулканы, синие маркеры — возвышенности и горы на Ио. Credit: NASA, Galileo.
Карта поверхности
Поверхность Ио практически лишена кратеров. Основные формы рельефа — вулканы, равнины, ямы, застывшие лавовые потоки. Есть здесь и не вулканические горы, их средняя высота 6 км, максимальная — 17,5 км.
Оттенок коры — яркий, ее альбедо достигает 0,65. Окислы серы в составе коры создают светлые территории (серые, белые), чистая сера — желтые, иногда с примесью зеленого. На полюсах имеются красные участки — они образовались вследствие радиационного воздействия на серу.
Основные исследования Ио
Юпитер и Ио, снимок Вояджера-1
Планета активно изучается: первые данные о ней были получены в 1973 году с космического аппарата Пионер. «Пионер-10» и «Пионер-11» пролетали возле спутника 3 декабря 1973 года и 2 декабря 1974 года. Была уточнена масса и получены характеристики плотности, которая превышала все спутники, открытые ученым Галилео. Был обнаружен радиационный фон и незначительная атмосфера. Позже исследование Ио продолжат «Вояджер-1» и «Вояджер-2», которые пролетят мимо спутника в 1979 году. За счет более современной аппаратуры с усовершенствованными характеристиками, были получены улучшенные снимки спутника. Снимки с «Вояджера-1» показали наличие вулканической активности на поверхности спутника. «Вояджер-2» изучил спутник 9 июля 1979 года. Были изучены изменение вулканической активности, за время исследования спутника аппаратом «Вояджер-1».
Аппарат «Галилео» пролетел возле Ио 7 декабря 1995 года. Он сделал множество снимков поверхности Ио, а также открыл железное ядро. Миссия «Галилео «была закончена 23 сентября 2003 года, аппарат сгорел в атмосфере Юпитера. Корабль Галилео передал на Землю фотографии изумительных видов спутника, снятых в максимальной близости (261 км) от поверхности.
Возможная колонизация Каллисто
Каллисто — спутник Юпитера, являющийся привлекательным местом для возможной колонизации землянами. Среди преимуществ создания здесь поселений — богатый водный запас (ледяная поверхность и возможный жидкий океан), геологическая стабильность и большое расстояние до спутника от центральной планеты — значит, уровень негативного воздействия радиационного поля Юпитера не такой убийственный (в 300 раз меньше), как, например на соседнем сателлите — Европе.
Планируемая программа «EJSM» способна стать своеобразной репетицией пилотируемого полета, который может состояться уже в 2040-х гг. Можно отправить к Каллисто несколько кораблей, на 1 будет находиться экипаж, остальные станут нести все необходимое для будущей наземной базы.
Движение астероидов
На фотографиях звездного неба, снятых с большими экспозициями, астероиды получаются в виде светлых черточек. Зарегистрировано более 5500 малых планет. Общее число астероидов должно быть в десятки раз больше. Астероиды, орбиты которых установлены, получают обозначения (порядковые номера) и названия. Некоторые новые астероиды названы в честь великих людей (1379 Ломоносова), государств (1541 Эстония, 1554 Югославия), обсерваторий (1373 Цинциннати – американская обсерватория, являющаяся Международным центром наблюдений астероидов) и т.д.
Их обороты имеют большие эксцентриситеты (в среднем 0,15), чем орбиты больших планет. Поэтому некоторые малые планеты далеко выходят за пределы пояса астероидов. Одни из них в афелии удаляются за орбиту Сатурна, другие в перигелии приближаются к Марсу и Земле.
Например, Гермес в октябре 1937 г. прошел от Земли на расстоянии 580 000 км (всего лишь в полтора раза дальше Луны), а астероид Икар, открытый в 1949 г., при движении попадает даже внутрь орбиты Меркурия и каждые 19 лет сближается с Землей.
В последний раз это произошло в июне 1987 г. Тогда Икар приблизился к Земле на расстояние в несколько миллионов километров, его наблюдали на многих обсерваториях. Разумеется, это не единственный случай.
Поэтому не случайно ученые приступили к разработке эффективных методов своевременного обнаружения, а если понадобиться, уничтожения опасных астероидов.
Существуют группы астероидов, траектории движения которых пересекают орбиту Земли, при этом всё время эти объекты остаются невдалеке от неё. Их обобщенно называют астероидами, сближающимися с Землёй (или околоземными астероидами, от англ. Near-Earth asteroids — NEA), однако это не означает, что они всё время находятся прямо рядом с нашей планетой и непрерывно представляют для неё угрозу. В настоящее время к околоземным астероидам относят примерно 15 000 тел, среди которых около тысячи имеют размер более километра. Ни один из этих объектов не считается опасным на промежутке времени, для которого существуют достаточно точные расчёты их движения.
Космические аппараты «Викинг»
Основной задачей этой исследовательской программы был поиск на поверхности Марса следов жизни, для чего спускаемые аппараты оснастили самой современной аппаратурой.
Программа «Викинг» выросла из гораздо более амбициозного проекта «Вояджер», предусматривавшего высадку американских астронавтов на Марс, от которой в 1971 г. НАСА отказалось из-за сокращения финансирования. Космический аппарат «Викинг» состоял из орбитального блока, созданного на основе станции «Маринер-8», и спускаемого аппарата.
Главной задачей орбитального блока АМС было доставить спускаемый аппарат на Марс и обеспечить его связь с Землей. Технически намного проще ретранслировать сигнал с Марса на Землю через спутник на ареоцентрической орбите, чем напрямую. Конечно, спускаемые аппараты «Викинг» имели возможность связываться с Землей напрямую, но скорость передачи данных была бы ниже в 10 раз. Кроме того, на ОБ «Викинг» была размещена научно-исследовательская аппаратура: 2 телекамеры, инфракрасный спектрометр для регистрации водяных паров и инфракрасный радиометр для составления тепловой карты планеты. Делая витки над Марсом на высоте 150 км, орбитальный блок не только обеспечивал связь, но и выполнял собственную научную программу исследований. Спускаемый аппарат был оснащен еще более солидно.
Кроме оборудования для биологического эксперимента, он нес на себе две фототелевизионные установки, приборы для метеорологических исследований, газовый хроматограф и рентгеновский флуорисцентный спектрометр. В конце августа — начале сентября 1975 г. АМС «Викинг-1» и «Викинг-2» успешно стартовали с космодрома Канаверал и спустя почти год их спускаемые аппараты сели на поверхность Красной планеты.
Сборка спускаемого аппарата «Викинг»
Оба СА передали на Землю цветные фотографии Марса и взяли пробы грунта, которые показали, что в месте посадки он состоит из глины, содержащей огромное количество железа. Именно этим и объясняется красный цвет поверхности Марса. Спускаемые аппараты проработали до начала 80-х гг., но следов жизни на планете им обнаружить не удалось.
Поиск жизни
Биологические исследования СА «Викинг» включали в себя четыре эксперимента. Эксперимент по газообмену обнаружил высокий уровень выделения кислорода. «Проращивание» марсианского грунта в питательном бульоне сперва обнаружило газы и увеличение двуокиси углерода, почти как у земной почвы, но затем все быстро прекратилось. Регистрация поглощения изотопа углерода 14С также не дала однозначных результатов — на Земле микроорганизмы хорошо усваивают углекислый газ, но на Марсе этот эксперимент дал неоднозначный результат — углерод то усваивался, то нет. Четвертый эксперимент, по обнаружению органических веществ, дал отрицательный результат. В итоге, был сделан вывод, что жизни на Марсе нет.
История исследования астероидов
Активное изучение астрономами пространства между Марсом и Юпитером в конце 18 века было вызвано поиском орбиты предполагаемого крупного небесного тела. Вместо несуществующей планеты был открыт Уран, а также произведены расчеты координат всех известных планет в зафиксированный отрезок времени. По изменения показаний координат в дальнейшем можно было определять степень смещения небесных тел относительно предыдущего положения.
Джузеппе Пиацци
В первый день 19 века исследователь звездного неба Пиацци обнаружил небольшое небесное тело, которым оказался астероид, названный . В тот же исторический период были открыты и классифицированы такие крупные небесные тела, как Веста, Паллада и Юнона
Выяснив, что астероиды не имеют принципиального научного значения, астрономы на протяжении многих лет перестали обращать на них внимание. Только в середине 19 века исследования были возобновлены известным немецким ученым Хенке
Он обнаружил и дал характеристику небольшому астероиду, названному именем Астея. С тех пор каждый год приносит в астрономию все новые имена малых небесных тел, вновь открытых и изученных астрономами всего мира. Появление все новых способов космического фотографирования позволило использовать метод сверхдлинного экспонирования, при котором движение небесных тел оставляет на снимках светлый след. Благодаря внедрению инноваций, только одному астроному Максу Вольфу удалось в одиночку зафиксировать и описать около 250 малых астероидов.
Сравнение размеров Луны с астероидами
Как включить астероиды и карликовые планеты в Зет?
2. Скачиваем эфемериды интересующего нас объекта
— Берем цифру в скобках из списка выше, например, для Эриды это 136199, а для Весты — 4, это номер объекта. Или ищем интересующий нас объект по англ. названию на https://www.astro.com/swisseph/astlist.htm и выясняем его номер.
— Ищем в открывшейся папке папку, которая начинается так же, как номер астероида. Например, для Эриды это папка ast136. В ней ищем файл с таким же названием, как номер астероида/планеты. Для Эриды это s136199s.se1. В случае с Кваоаром ищем файл se50000s.se1 в папке ast50. Или же можете скачать эфемериды семи карликовых планет с моего сайта: https://www.astro21.ru/dwarf-planets.rar.
— В папке Zet ищем папку Swiss, в нее нужно положить файлы эфемерид, которы е мы только что скачали.
Церера, Паллада, Веста и Юнона есть в Зет изначально, надо только их включить.
3. Подключаем эфемериды
Теперь заходим в меню Зета — Таблицы — Каталог астероидов. Изначально там красные треугольнички напротив большинства объектов, нам нужно заменить их на зеленые в тех строках, которые нас интересуют. У нескольких астероидов треугольнички синие, этот цвет не надо менять. В открывшемся окошке жамкаем на любую строку — Подключить эфемериды.
Теперь в этой таблице ищем интересующие нас астероиды и карликовые планеты. Треугольнички тех объектов, эфемериды которых мы скачали, должны стать зелеными. Если не стали — что-то у вас не получилось на предыдущем шаге. В левом столбце ставим галочки на них. Оркус в Зете фигурирует под названием 2004 DW.
Поверхность Каллисто
Поверхность этого спутника сплошь покрыта кратерами разных размеров. Пожалуй, здесь больше кратеров, чем где бы то ни было ещё в Солнечной системе. На каждый древний кратер накладывается несколько более молодых, разрушающих его.
Поверхность Каллисто отличается по цвету – там есть светлые и тёмные области, но они смешиваются между собой. В основном поверхность представлена равнинами, на которых разбросаны кратеры. Светлые области, как считают учёные, представляют собой выбросы льда после ударов метеоритов. Тёмные области – скальная порода, пыль и прочие минеральные элементы.
На Каллисто есть пара огромных образований. Первая – Вальхалла. Это кольцевой бассейн в 1800 км в поперечнике. У него есть яркий центр диаметром 600 км, от которого расходятся концентрические кольца.
Кратер Вальхалла и его кольцевая структура на Каллисто.
Другая такая структура называется Асгард и она чуть меньше – диаметр колец достигает 1600 км.
Есть вполне правдоподобна гипотеза, что каждый такой кольцевой бассейны образовался из-за удара очень крупного тела. Кольцевая структура – результат волнообразных разломов литосферы, которая лежит на жидком основании – ведь под ней предположительно находится подлёдный океан. Удар такой силы вполне мог вызвать такое гидравлическое воздействие снизу.
Особенность поверхности Каллисто – несмотря на огромное количество кратеров, рельеф там довольно сильно сглажен благодаря эрозии. Дело в том, что на освещённой Солнцем стороне происходит постепенная сублимация льда – его испарение. А так как льда там очень много, валы кратеров и другие неровности постепенно разрушаются. Поэтому там случаются обвалы и оползни.
Есть версия, что именно благодаря такой активной эрозии на поверхности Каллисто практически не встречаются небольшие кратеры диаметром до 1 км. Вместо них есть много холмов и впадин – скорее всего это всё, что остаётся после сглаживания таких мелких кратеров. На месте валов остаются холмы, а на месте самого кратера – впадина, а переходы между ними постепенно сглаживается.
Благодаря сублимации льда его количество на поверхности постепенно уменьшалось, поэтому поверхность Каллисто имеет много тёмных областей – это просто минеральная порода, в которой нет ничего, что может улетучиться. Она входила в состав грязного льда, пока сам лёд не испарился. Эта порода покрывает собой большие области, препятствуя дальнейшему испарению льда, который находится под ней.
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.
Номенклатура
Большинство спутников Юпитера носят имена возлюбленных, возлюбленных или потомков бога . Внешние спутники с прямой орбитой обычно имеют международные названия, оканчивающиеся на букву a (буква o в некоторых особых случаях), а имеют имена, заканчивающиеся на e . Предупреждение: несколько астероидов имеют те же имена, что и некоторые из спутников Юпитера: (9) Метис, (38) Леда, (52) Европа, (85) Ио, (113) Амальте, (239) Адрасти и (1036) Ганимед (для последнее, международное название Ганимед, отличается от спутника Юпитера Ганимеда ).
Спутники, обнаруженные между и 1951 годами ( Гималия, Элара, Пасифа, Синопе, Лиситея, Карме и Ананке ), не были официально названы до 1975 года, спустя много времени после смерти их первооткрывателей. До этого они были известны только по обозначениям римскими цифрами (от Юпитера VI до Юпитера XII).
