Вторник, 20.04.2021
Космическая погода на текущий час
Вход в систему не произведен
 Войти /  Регистрация

Секция Совета РАН по космосу

< Меркурий: свежие ямы, водяной лед, элементные аномалии (часть 2)
20.03.2015 00:36 Давность: 6 yrs
Категория: Системы планет гигантов, Юпитер
Количество просмотров: 3142

Как космический телескоп им. Хаббла смог обнаружить подледный океан Ганимеда



Амплитуда смещения овалов полярных сияний указала на наличие подо льдом Ганимеда слоя проводящей жидкости – соленой воды.


Владислава Ананьева

Ганимед – крупнейший спутник Юпитера и Солнечной системы в целом, по своим размерам он превышает Меркурий. Ганимед прошел полную гравитационную дифференциацию – он включает в себя железное ядро, силикатную мантию и ледяную кору. Ганимед является единственным спутником, в ядре которого работает механизм гиромагнитного динамо и генерируется собственное магнитное поле с напряженностью на экваторе 750 нТ. Для сравнения, напряженность магнитного поля Юпитера на расстоянии орбиты Ганимеда составляет ~100 нТ. Таким образом, спутник обладает собственной небольшой магнитосферой, внедренной в мощную протяженную магнитосферу Юпитера. 

Ганимед окружен эфемерной атмосферой, состоящей главным образом из молекулярного кислорода. Интегральная плотность атмосферы составляет всего 1-10·1014 молекул/кв.см. Взаимодействие высокоэнергичных заряженных частиц из магнитосферы Юпитера с атмосферными атомами и молекулами приводит к появлению полярных сияний в линиях кислорода с длиной волны 1356 и 1304 Ангстрем. Благодаря наличию у Ганимеда собственного магнитного поля полярные сияния имеют форму овалов, окружающих северный и южный полюса спутника. 

Точное местоположение овалов полярных сияний непосредственно зависит от магнитной обстановки в окрестностях небесного тела. Магнитное поле в окрестностях Ганимеда имеет сложный характер – оно является суперпозицией собственного магнитного поля спутника, генерируемого динамо-механизмом в ядре, поля, образующегося (возможно) электромагнитной индукцией в проводящем, т.е. соленом, подледном океане, магнитного поля Юпитера и поля, возникающего в результате взаимодействия плазмы, окружающей Ганимед, с плазмой магнитосферы Юпитера. Магнитное поле в окрестностях Ганимеда замерялось непосредственно магнитометром КА «Галилео» и многократно моделировалось в рамках различных численных экспериментов.

Поскольку ось магнитного диполя Юпитера наклонена к его оси вращения  на ~10°, а орбита Ганимеда находится почти точно в плоскости экватора планеты-гиганта, радиальная составляющая магнитного поля Юпитера в окрестностях Ганимеда испытывает колебания с периодом 10.5 часов и полуамплитудой 80 нТ. Если подо льдом Ганимеда находится проводящий (соленый) океан, эти колебания будут наводить в нем электрические токи, приводящие к генерации дополнительного магнитного поля. Это, в свою очередь, приведет к изменению местоположения границы между замкнутыми и незамкнутыми линиями магнитного поля Ганимеда и изменению местоположения овалов полярных сияний. Таким образом, наблюдая, как меняется рисунок полярных сияний на Ганимеде в течение периода вращения Юпитера вокруг своей оси (10.5 часов), можно определить, есть ли подо льдом спутника соленый океан или нет.

Схематичное изображение магнитных силовых линий в окрестностях Ганимеда. OCFB – граница между замкнутыми и незамкнутыми линиями магнитного поля Ганимеда.

Моделирование магнитного поля Ганимеда с учетом компоненты, наводимой электрическими токами в соленом океане, показало, что наличие такого океана частично компенсирует смещение границы между замкнутыми и незамкнутыми линиями магнитного поля. В отсутствие океана эта граница будет колебаться на 5.8 ± 1.3°, при наличии океана – на 2.2 ± 1.3°. Поскольку полярные сияния происходят как раз вдоль OCFB, аналогично будут смещаться овалы полярных сияний.

Наблюдения на космическом телескопе им. Хаббла показали, что наклон овалов полярных сияний колеблется на 2.0 ± 1.3°! Поскольку точность единичных замеров расположения овалов была недостаточна для однозначных выводов, авторы исследования собрали богатую статистику наблюдений.

Ожидаемое распределение углов смещения овалов полярных сияний при наличии океана (показано красным цветом) и при его отсутствии (показано синим цветом), с учетом погрешностей наблюдений и случайного распределения ярких пятен сияния вдоль OCFB. Зеленой линией отображены наблюдательные данные.

Итак, недра Ганимеда скрывают соленый океан. Каковы его свойства?

Чтобы эффективно влиять на магнитосферу Ганимеда, проводимость воды в океане должна быть достаточно большой, не меньше 0.09 См/м для жидкого слоя, расположенного на глубине от 150 до 250 км (скорее всего – 0.5 См/м). Такая проводимость достигается при солености не менее 0.9 г (скорее всего – 5 г) сульфата магния MgSO4 на 1 л воды. Если глубина океана больше, выше должна быть и его проводимость. Соответственно, менее соленый океан должен располагаться на меньшей глубине. Исходя из свойств высокотемпературных форм водяного льда, авторы исследования приходят к выводу, что верхняя граница жидкого океана должна располагаться на глубине не более 150 км.

Источник: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2014JA020778/pdf


Комментарии

Комментарии

Вход в систему

Введите имя пользователя и пароль для входа в систему:
Вход в систему

Забыли пароль?

Апоцентр

(от греч. apo - без или вдали и ..центр) Самая отдаленная от центрального тела точка эллиптической орбиты вокруг него. Апоцентр - наиболее общее ее название... [далее]

Rambler's Top100