Эрик Асфог - Когда у Земли было две Луны. Планеты-каннибалы, ледяные гиганты, грязевые кометы и другие светила ночного неба

Спутники в цепи Лапласа оказываются на эллиптических, а не круговых орбитах. Они испытывают периоды сильного и слабого воздействия приливных сил и соответственно деформируются, то приближаясь к Юпитеру, то отдаляясь от него во время каждого оборота вокруг планеты. Это приводит к приливному рассеянию энергии, которое заставило бы их орбиты расширяться, если бы только каждый спутник мог мигрировать без своих товарищей по резонансу. Итог напоминает хорошо сбалансированный часовой механизм, который может стабильно работать в течение десятков миллиардов лет, дольше, чем просуществует сама Солнечная система. Обусловленный трением приливный разогрев довольно значителен, и он существует не только в теории – просто посмотрите на Ио, спутник размером с Луну, находящийся всего в пяти радиусах от центра Юпитера. Она покрыта вулканами и является самым геологически активным телом в Солнечной системе.

Приливный разогрев резко падает при увеличении расстояния от Юпитера: приливные силы уменьшаются, а период обращения увеличивается, так что частота приливных колебаний снижается. В силу этого приливный разогрев Европы гораздо скромнее, чем поток тепла, обрушивающийся на Ио. Вместе с радиоактивным разогревом его хватает, чтобы обеспечить существование океана жидкой воды под ледяным панцирем. (Поскольку вода, замерзнув, всплывает, она формирует изолирующий панцирь, который сохраняет тепло.) Ганимед также находится в резонансе Лапласа и, хотя он подогревается менее интенсивно, отчасти благодаря мощному радиоактивному разогреву тут тоже имеется океан жидкой воды. На самом деле его впечатляющая летопись геологической активности может восходить как раз к тому моменту, когда Ганимед впервые попал в резонанс Лапласа и отреагировал на шок приливного разогрева затоплением поверхности и извержениями вязкого рассола [201].

Приливный бугор на планете вращается перед подспутниковой точкой. Это вызывает несбалансированную силу притяжения, которая придает спутнику момент импульса, заставляющий его двигаться по спирали вовне (в данном случае). У спутника есть собственный приливный бугор, но после приливного захвата (который происходит быстро) он застывает на одном месте, указывая прямо на планету так, как на рисунке. Однако, если орбита спутника является эксцентрической, его приливный бугор (сильно преувеличенный на рисунке) начинает немного колыхаться туда-сюда. Эти периодические деформации становятся причиной трения, вызывающего исключительную вулканическую активность на Ио и лежащего в основе геологических процессов на других спутниках. Приливный разогрев внутри ранней Луны был достаточно большим, чтобы поддерживать ее в расплавленном состоянии. С тех пор (из-за приливного бугра, вызываемого ею на Земле) она удалилась на ширину дюжины страниц (в масштабе рисунка), так что теперь ее приливный разогрев незначителен

Точно так же как Луна движется прочь от Земли из-за приливных сил и вращения Земли, галилеевы спутники постепенно удаляются от Юпитера. Однако они делают это в унисон, без столкновений или иных динамических проблем, а их орбиты всегда остаются эксцентрическими – по расчетам, такая ситуация сохранится и после гибели Солнца; на отметке в 5 а.е. даже стадия красного гиганта не сулит им значительных неприятностей. С точки зрения возникновения и поддержания жизни геологические последствия длительного равномерного притока энергии приливного разогрева означают, что любой газовый гигант, обращающийся вокруг своей звезды за ледяной линией, может иметь спутники, сохраняющие океаническую среду на протяжении миллиардов лет.

Что, если бы твердая H 2O тонула? Все эти океаны во внешней Солнечной системе оказались бы распахнутыми навстречу космосу, за десятки тысяч лет испустили бы вовне все свое тепло и промерзли бы со дна до верху, подставив все, что находится на поверхности, под безжалостное излучение. Они превратились бы в безжизненные, сухие корки. Вместо этого твердая H 2O всплывает, формируя мощный, устойчивый, хорошо сохраняющий тепло щит. Очень холодный лед на самом деле не уступает по прочности граниту, а любая пробоина в нем – например, ударный кратер – быстро замерзает и выравнивается. На поверхности Европы невероятно холодно – примерно –200 ℃. Под несколькими километрами ледяной коры плещется океан, по объему равный всем океанам и морям Земли.

Поначалу доказательства существования океана на Европе были косвенными: поверхность спутника состоит изо льда, а его объемная плотность соответствует плотности тела, покрытого слоем воды толщиной в сотни километров. Мы видим геологические свидетельства происходившего в недавнем прошлом взаимодействия жидкой воды с ледяной корой на ее поверхности и сразу под ней. Кометы, судя по всему, врезались в нечто, напоминающее по свойствам жидкую воду. Кроме того, сильный приливный разогрев Европы Юпитером предсказывался как теоретически, так и по аналогии с соседним спутником Ио, который покрыт вулканами. Но, хотя все эти доводы согласуются между собой, они указывают только на прошлое, на то, что океан когда-то существовал на Европе. Но как дело обстоит сегодня?

Состоящее из концентрических колец неровное пятно на поверхности Европы – затянувшийся шрам от столкновения с кометой, названный макулой Тир. По внешнему краю его диаметр составляет 50 км. Черная полоса – это пробел в массиве данных. Возраст макулы Тир насчитывает десятки миллионов лет, она возникла при ударе 5-километровой кометы в ледяной панцирь. Нечто похожее происходит, если бросить камень в замерзший пруд.

NASA/JPL

Помимо фотографий, экспедиция «Галилео» собирала данные самого разного типа. Американский физик и планетолог Маргарет Кивельсон показала, что измеренная им мощность магнитного поля совпадает с предсказанной для спутника с электропроводящим океаном, а именно со слоем рассола определенной солености толщиной 100 км [202], движущегося внутри мощного магнитного поля Юпитера в 20 раз сильнее земного [203]. Так прямое измерение проводящего слоя доказало существование первого глобального океана за пределами Земли.

На Европе сила притяжения в десять раз слабее, чем на Земле, а ее океан в десять раз глубже, так что давление в его глубинах сравнимо с давлением в земных океанах. И – что, возможно, удивительно – у основания своей ледяной скорлупы этот океан ненамного холоднее, чем вода под ледяными шельфами на Земле. Его температура – всего пара градусов ниже нуля. Еще немного, и вода стала бы твердой. Что касается солености, по оценкам, сделанным на основе ее электропроводности, вода на Европе может быть от солоноватой (1 грамм соли на литр) до сверхсоленой (100 грамм соли на литр); соленость морской воды на Земле – 30 грамм соли на литр, так что условия могут показаться нам знакомыми. Геофизические характеристики океана (особенности его циркуляции и взаимодействия с панцирем из пресного льда) также зависят от солености, которая определяет температуру замерзания и плотность воды.