Кипящая Ио

Ио — это спутник планеты Юпитер, названный по имени одной из многочисленных любовниц Зевса. Он немного крупнее нашей Луны и является одним из самых экзотических мест в Солнечной системе. Много таинственных историй связано с этим миром, который сейчас исследует американская межпланетная станция «Галилей».

Ио давно удивляла астрономов. Время от времени на ней замечали странные явления, объяснить которые стало возможным только в последнее время. Вероятно, именно необычность таких феноменов и недоверие к визуальным наблюдениям прошлых лет привели к тому, что старинные сведения об извержениях вулканов Ио были просто забыты...

А тем не менее, уже в 1678 г. создатель и директор Парижской обсерватории Дж.Д. Кассини удивлялся, что иногда не может видеть тень этого спутника Юпитера на облачном покрове планеты. В первой половине XIX в. Ф. Араго, тоже директор астрономической обсерватории Парижа, объяснял этот феномен преломлением солнечного света в атмосфере Ио изменчивого состава.

Более часто замечали искажения формы тени Ио и даже ее раздвоение на глазах наблюдателей. Например, Х.О. Хоффман видел такой феномен 14 ноября 1891 г. и оставил его описание на страницах «Sideral Messenger»: «...Круглая тень стала продолговатой, в этом виде она оставалась по крайней мере 30 минут и затем тень, казалось, раскрылась и предстала двойной, обе тени были круглыми и черными, одна гораздо меньше, чем другая».

Подобное явление поразило и Х. Халберта 29 сентября того же года: «Он (спутник. — А.А.) выглядел белым диском на фоне южного экваториального пояса [Юпитера], за ним следовала обычная тень, а на той же дистанции от нее находилась вторая тень, меньше настоящей и окруженная бледной каймой». Более того, раздвоение тени Ио удалось сфотографировать Ф. Гласеру 26 сентября 1963 г. Первый его снимок показывает нормальную круглую темную тень Ио на диске Юпитера. На втором снимке, сделанном через 16 минут, различимы уже две тени! Рядом четко видны пояса облаков и Красное Пятно — никаких признаков дефектов снимка. Но на третьем снимке, снятом через 3 минуты после второго, тень Ио снова имела нормальный вид... Наконец, 22 мая 1966 г. К. Делано видел, как в моменты наилучшей видимости «тень Ио выглядела двойной». Подобные сообщения о тенях других, даже более крупных спутников Юпитера (Европы, Ганимеда и Каллисто) НЕИЗВЕСТНЫ. Следовательно, речь идет не об иллюзиях, а о реальном феномене.

Но лишь через 301 год после наблюдений Кассини американская станция «Вояджер-1» передала на Землю изображения извергающихся вулканов Ио, формирующих временную, весьма изменчивую газовую оболочку спутника. Эта временная и несимметричная атмосфера способна играть роль линзы для солнечных лучей и искажать вид тени Ио. Поскольку масса спутника лишь на 20% больше лунной, выбросы вулканов быстро рассеиваются, и тень обретает нормальный вид. К сожалению, эта возможность была пропущена исследователями, а ценные наблюдения попали в разряд курьезов и были забыты...

Впрочем, существуют и других забытые свидетельства геологических переворотов на этом спутнике. Так, старинные определения цвета Ио противоречат современным данным. Высокоточные измерения показывают, что спутник, в отличие от своих соседей, теперь является самым красным и близок по цвету к «красной планете» Марс. Но заглянем в отдел редкой книги ЦНБ ХГУ, в пыльные тома Philosophical Transactions Королевского общества Лондона. В томе за 1797 г. содержится подробнейший отчет одного из ведущих астрономов XVIII века В. Гершеля о его наблюдениях спутников Юпитера. Гершель оценивал цвет Ио 19 июля и 9 августа 1794 г., а также 24 сентября и 15 октября 1796 г. Однако всегда находил его БЕЛЫМ, хотя отмечал красноватый оттенок спутника Каллисто. «1-й [спутник Юпитера] белый, иногда более определенно, чем другие [спутники]», — делал вывод Гершель. К этому же заключению пришли также известные астрономы первой половины XIX в. В. Бэр и И. Медлер. Но из их наблюдений следовало, что Ио даже голубоватый!

Первые изображения Ио, переданные межпланетными станциями «Вояджер-1, -2» в 1979 г., показали красный лик спутника, покрытый обширными темными и голубоватыми пятнами. Геологи объясняют такой вид одной причиной — сера. Она многолика и при разных температурах имеет различную структуру и цвет. Нагретая до 600 градусов по Цельсию сера выглядит как дегтеобразная черная жидкость, при температуре 125 градусов она твердая и имеет цвет апельсина, при более низких температурах — желтая, а на морозе — 200 градусов — ослепительно белая. Космические аппараты сфотографировали почти 2 сотни вулканов в виде темных пятен, от которых растекаются языки потоков серы различных оттенков — черные, красные, желтые... Поперечники вулканических кратеров чудовищны — от 70 до 182 км. Над некоторыми из них видны султаны выбросов, вздымающиеся на 60—300 км. Одновременно «работает» около десятка вулканов, выбрасывающих громадное количество газа — в основном двуокись серы. Двуокись серы оседает на поверхности спутника в виде голубоватого инея, образующего изменчивые пятна. Эти-то пятна и могли бы объяснить белый или голубоватый цвет Ио в прошлом.

Действительно, поверхность Ио меняется буквально на наших глазах. «Вояджеры» зарегистрировали изменения больших пятен поверхности за время порядка часов. Через 18 лет после «Вояджеров-1, -2» съемка Ио была повторена станцией «Галилей». Многочисленные различия старых и новых изображений просто бросаются в глаза. Появились новые потоки серы и новые кольца голубоватого инея вокруг некоторых вулканов. Очевидно, за пару веков, прошедших со времен В. Гершеля, изменения должны были бы быть еще более разительными.

Изменения на Ио замечали даже с Земли. Например, телескоп Хаббл в июле 1995 г. получил изображение нового гигантского светлого пятна, отсутствовавшего на диске Ио еще в марте 1994 года. Размеры и положение пятна таковы, что его можно было бы заметить и в наземные телескопы. А 2 мая 1995 г. телескоп НАСА на Гавайях непосредственно наблюдал мощное извержение вулкана на Ио в виде временной яркой точки на инфракрасных изображениях спутника. Не исключено что крупнейшие извержения на Ио можно заметить с Земли и в видимом свете. По крайней мере, это может объяснить сообщения о загадочных вспышках, замеченных на спутнике. Подобный случай произошел 26 июля 1983 г., когда было отмечено увеличение яркости Ио в полтора раза на пару минут. Но более эффектный феномен увидели именно наши земляки 9 июля 1925 г. Статью об этом я случайно обнаружил в давно забытом журнале «Мироведение» за 1926 г. во время очередного похода в книгохранилище Харьковской астрономической обсерватории. Вот выписки из подробного отчета участника событий Н.П. Санютина.

«Это явление... наблюдалось в Одессе на 1 Народной обсерватории мною и заведующим обсерваторией Я.Д. Вруном при исключительно благоприятном состоянии атмосферы... при хороших качествах 6-дюймового телескопа фирмы Бардо.

...Было замечено, что первый спутник планеты около момента 1-го контакта (наблюдалось вступление Ио на диск Юпитера. — А.А.) стал приобретать все большую яркость, которая достигла наибольшей величины во время 2-го контакта. Кроме того, маленький диск спутника в это же время казался ярко-голубым, будучи светлее центральных частей экваториальной зоны Юпитера примерно в 2 раза. По мере удаления спутника от края диска планеты яркость его стала убывать, и примерно на расстоянии 3-х своих диаметров от края диска Юпитера спутник, потеряв также свой голубой оттенок, стал неотличим для глаза на общем фоне экваториальной зоны... Далее, близ центра диска спутник был совершенно невидим, следовательно, имел те же яркость и цвет, что и центральная часть экваториальной зоны. При схождении спутника с диска планеты все изменения повторились в обратном порядке, причем снова наибольшая яркость и наиболее резко выраженный голубой оттенок были в момент 3-го контакта... Изменение яркости — и тем более цвета спутника — не может быть объясняемо исключительно явлением контраста».

Особенно интересно, что при схождении спутника с диска планеты в 23 ч 32 м наблюдатели отметили: «Мелькает яркая точка в центре (диска Ио. — А.А.)». В 23 ч 37 м записано: «Очень ярок — голубой фосфорический блеск». Но уже в 23 ч 45 м: «Принял обычный вид». На следующий деньте же наблюдатели, в тот же телескоп, проследили выход Ио из-за диска Юпитера. Однако: «...Самые тщательные сравнения не могли обнаружить никакого различия его яркости, по сравнению с экваториальной зоной планеты. Также совершенно отсутствовала голубая окраска». Поэтому заманчиво предположить, что мелькание яркой точки в центре Ио, вспышка и голубая окраска спутника были вызваны необычно мощным извержением на спутнике.

Но сенсационное сообщение было проигнорировано научным миром. «Ошибка или мистификация,» — такова обычная реакция научного сообщества на сообщения об уникальных феноменах, которые нельзя повторить и проверить. Кстати, и открытие самого Ио Г. Галилеем 387 лет назад поначалу было поставлено под сомнение — астроном Мартин Горкин выпустил тогда книгу об оптическом обмане телескопа и жадности к золоту первооткрывателя. Время расставило все по местам, и теперь уже космическая станция «Галилей» исследует спутники Юпитера.

7 декабря 1995 г. станция пролетела всего в тысяче километров от поверхности Ио. К сожалению, неисправность бортового магнитофона и нераскрывшаяся главная антенна станции не позволили получить беспрецедентные изображения спутника с разрешением порядка 10 метров. Но и с дальних дистанций удалось многое увидеть. Была сфотографирована гигантская струя, бьющая из ранее неизвестного вулкана и вздымающаяся голубым «грибом» на сотню километров над краем диска Ио. На снимке Ио, сделанных в инфракрасном свете в сентябре 1996 г., виден десяток ярких пятен — это вулканы, раскаленные до температуры около 700 градусов Цельсия. На экваторе, у края диска, заметны слабые свечения — по-видимому, полярные сияния в атмосфере Ио. Общая съемка поверхности спутника выявила сильные изменения вида многие деталей, произошедшие за 18 лет со времени работы «Вояджеров». Это прямое следствие высокой вулканической активности спутника, разогретого трением огромных приливных горбов под действием мощного притяжения Юпитера. Пролетая около Ио, «Галмей» впервые прозондировал его гравитационное поле. На основании этих данных американские ученые сделали вывод о существовании у Ио массивного, по-видимому, металлического ядра с радиусом около половины радиуса спутника.

Во время последующих сближений с Ио (10 октября и 25 ноября 1999 г.) станция «Галилей» передала на Землю феерические пейзажи спутника с рекордным разрешением до 9 м. Земляне увидели высокие горы, фонтан лавы, разогретой до +2000°С, ползущие потоки изверженных пород, наконец, многочисленные изменения темных пятен на поверхности.

Вся орбита Ио окружена обширным «бубликом» светящихся газов, выброшенных вулканами спутника. Его свечение хорошо видно даже с Земли. В этом торе из плазмы идут пока еще плохо понятые процессы, вызывающие мощное радиоизлучение Юпитера на длинах волн более десяти метров. Это излучение уже много лет наблюдают харьковские радиоастрономы на крупнейшем в мире низкочастотном радиотелескопе УТР-2, расположенном у железнодорожной станции Граково. Результаты наблюдений однозначно свидетельствуют о теснейшей связи радиоизлучения Юпитера и... Ио. Через атмосферу Ио текут электрические токи в миллионы ампер и замыкаются в полярных областях Юпитера, где порождают полярные сияния и мощное радиоизлучение, направленное в виде воронки. Эта «воронка» привязана к Ио силовыми линиями магнитного поля, а потому вращается в такт с движением спутника по орбите. Большинство специалистов полагает, что эта система работает как огромный радиолазер, называемый мазером. И когда этот «маяк» поворачивается к Земле, харьковские радиоастрономы записывают мощную радиобурю — своеобразный привет от Ио и ее вулканов.

Возможно, огнедышащая Ио с ее потоками серы и непрекращающимися извержениями покажется адом. Но для вулканологов и геологов это, без сомнения, рай, сулящий новые знания о планетах. Ведь в Солнечной системе Ио — единственное место, где геологические процессы не растянуты на миллионы лет, а идут прямо на наших глазах. И если бы астрономы доверяли глазам наблюдателей, давно сообщавших о странных феноменах на Ио, то для открытия там вулканов не потребовались бы десятки миллионов долларов и полеты к Юпитеру!

Литература

1. Архипов А.В. Забытые наблюдения Ио? // Земля и Вселенная, 1985, № 1, с. 45—46.

2. Араго Ф. Общепонятная астрономия. Т. 4, С.-Пб.: Общественная польза, 1861, с. 302—303.

3. Hoffman H.O. Double shadow of Jupiter's satellite I // Sideral Messenger, 1891, vol. 10, p. 517.

4. Hulbert H.S. Double shadow of Jupiter's satellite I // Astronomy and Astrophysics, 1892, vol. 11, p. 87.

5. Wend R.E. The doubling of Jovian satellite shadows // The Strolling Astronomer, 1965, vol. 19, p. 79—80.

6. Another doubled Jovian satellite shadow // The Strolling Astronomer, 1965, vol. 19, p. 143.

7. Smith B.A. The Jupiter system through the eyes of Voyager 1 // Science, 1979, vol. 204, № 4396, p. 951—972.

8. Аллен К.У. Астрофизические величины. М.: Мир, 1977, с. 209.

9. Herschel W. Observations of the changeable brightness of the satellites of Jupiter... // Philosophical Transactions of the Royal Society of London, vol. 87, part 2. London: Royal Society, 1797, p. 332—351.

10. Шабер Дж. Дж. Геологическое строение Ио // Спутники Юпитера. Т. 2 / Под ред. Д. Моррисона, М.: Мир, 1986, с. 354—401.

11. Parker S. Images // Sky and Telescope, 1997, vol. 93, № 2, p. 22—23.

12. Io's new spot // Sky and Telescope, 1996, vol. 91, № 2, p. 10.

13. Io has a blast // Sky and Telescope, 1995, vol. 89, № 5, p. 10.

14. O'Brien R. Has Jupiter flashed before? // Journal of the British Astronomical Association, 1994, vol. 104, № 1, p. 6.

15. Санютин Н.П. Изменение яркости и цвета I спутника Юпитера // Мироведение, 1926, т. 15, № 3, с. 247—250.

16. Азархин В.А., Горский В.С. Научная истина и судьба ученого. Киев: Наукова думка, 1984, с. 124.

17. Beatty K.J. Galileo: an image gallery // Sky and Telescope, 1996, vol. 92, № 5, p. 24—25.

18. Beatty K.J. Galileo: an image gallery II // Sky and Telescope, 1997, vol. 93, № 3, p. 28—35.

19. Архипов А.В. О диаграмме направленности S-компонеты декаметрового радиоизлучения Юпитера // Астрономический циркуляр, 1985, № 1368, с. 4—6.

20. Архипов А.В. Рефракция декаметрового радиоизлучения Юпитера // Кинематика и физика небесных тел, 1989, т. 5, № 5, с. 68—74; 1991, т. 7, № 5, с. 11—19.