Все эти миры — ваши. Научные поиски внеземной жизни

Но, прежде чем мы начнем рассуждать о перспективах существования жизни на этих спутниках, полагаю, нам стоило бы остановиться и проверить, не помутился ли наш разум. Мы знаем, что поверхность Европы состоит из воды — мы можем судить об этом на основании отчетливых линий поглощения, свойственных воде в спектре отраженного солнечного света. Однако средняя температура на поверхности Европы на экваторе составляет –160 °C, а на полюсах и вовсе –220 °C. Как может на Европе образовываться жидкая вода — не забудьте, что для этого нужна температура между 0 и 100 °C при «нормальном» давлении? Откуда берется энергия, чтобы произвести это тепло в ледяных глубинах внешней Солнечной системы?

Приливы, резонанс и энергия

В наше время, когда мы стремимся максимально использовать возобновляемые источники энергии, задумывались ли вы когда-нибудь, откуда берется энергия приливов? Приливы возникают потому, что гравитационное воздействие, которое оказывают на Землю Луна и Солнце, немного больше на обращенной к ним стороне планеты. Это, в свою очередь, вызывает еле заметную деформацию Земли, и она принимает форму эллипсоида. Поскольку вода пластичнее камня, водная оболочка вытягивается немного сильнее. Два прилива, которые мы наблюдаем каждый день, связаны с тем, что вращение Земли буквально заносит нас под ближайший к Луне и противоположный от нее горб океанской воды, которые следуют за движением Луны вокруг Земли.

Энергия, за счет которой образуются приливные горбы, — гравитационная, она возникает за счет движения Земли по орбите вокруг Солнца и движения Луны по орбите вокруг Земли. В результате радиусы орбит и Земли вокруг Солнца, и Луны вокруг Земли с течением времени увеличиваются на очень малую величину. Так что электрическая энергия, которой вы пользуетесь у себя дома и которая генерируется приливной электростанцией (если, скажем, вы живете рядом с устьем реки Ранс во Франции), в конечном итоге образуется за счет движения Земли и Луны.

Но какое отношение это имеет к Юпитеру и Галилеевым спутникам? В данном случае мы наблюдаем абсолютно тот же самый эффект: энергия приливов разогревает недра всех спутников. Ио, Европа и в меньшей степени Ганимед и Каллисто деформируются под воздействием гравитационного поля Юпитера. Существенное различие заключается в том, что орбиты Галилеевых спутников гораздо более вытянуты, чем орбита Луны. Это приводит к тому, что в каких-то точках своей орбиты они находятся ближе к Юпитеру, а в каких-то — дальше. Возникающие вследствие этого приливные деформации заставляют Ио сплющиваться и растягиваться, так что значение его экваториального диаметра изменяется почти на 100 м в течение тех 42 часов, за которые спутник совершает оборот вокруг Юпитера.

Чтобы проиллюстрировать этот процесс более наглядно, вообразите себе мяч для игры в сквош. Перед началом матча игроки специально сжимают мяч, чтобы увеличить его упругость. Энергия, затраченная на деформацию мяча, создает тепло, возникающее от трения между молекулами, входящими в состав резины. Точно так же периодическая деформация Галилеевых спутников Юпитера приводит к разогреву их твердых ядер. Но есть еще один момент, исключительно важный для поддержания приливного эффекта.

В системе, где у планеты есть один-единственный спутник, его орбита быстро становится круговой, поскольку гравитационные взаимодействия ее выравнивают. Но Галилеевы спутники находятся в орбитальном резонансе, и это означает, что под воздействием гравитационных сил их орбиты синхронизировались: за то время, что Ио совершает четыре оборота, Европа совершает два, а Ганимед — всего один‹‹4››. Время от времени эти небесные тела сближаются друг с другом, находясь в определенных точках своих орбит, и в этот момент система получает небольшой гравитационный толчок, благодаря которому сохраняется эллиптическая форма их орбит.

Откуда берется энергия? Как и Земля, Юпитер под действием приливных явлений замедляет вращение вокруг своей оси, а радиусы орбит Галилеевых спутников, как и орбита Луны, очень медленно увеличиваются. На что эта энергия расходуется? На работу приливных сил, которые разогревают недра Ио. В среднем на 1 м² поверхности Ио выделяется такое же количество теплоты, что и во всем Йеллоустонском национальном парке. Фактически Ио — горячая вулканическая зона размером с целый спутник.