Что же наблюдается на самом деле? Водяной лед дей­ствительно был обнаружен на трех из четырех галилеевых спутников Юпитера и на шести спутниках Сатурна. Основой для этого вывода послужили спектры отраже­ния галилеевых спутников в сопоставлении со спектром льда из Н2О, которые показали, что характерные признаки ледяного поглощения особенно четко присутствуют в спектрах Европы и Ганимеда, в значительно меньшей степени они проявляются у Каллисто, а у Ио вообще отсутствуют. Это привело к представлениям о су­щественных различиях поверхностей этих тел и разных путях их тепловой эволюции.

Аналогичная ситуация наблюдается у спутников Са­турна, Покрытые водяным льдом поверхности (а неко­торые — возможно и целиком ледяной состав) имеют все спутники внутри орбиты Титана — Янус, Мимас, Энцелад, Тефия, Диона, Рея. На других спутниках Сатурна, а также спутниках Урана и Нептуна, каких-либо свидетельств присутствия водяного или обра­зующегося при еще более низких температурах конден­сации аммиачного или метанового льда не найдено. У них низкая отражательная способность, что сближает характеристики их поверхностей. Это спутники Сатурна Гиперион и Феба, спутники Урана Титания и Оберон, спутник Нептуна Тритон. В то же время для спут­ника Сатурна Япета характерно то, что у него одна сторона (в направлении движения по орбите) светлая, с высокой отражательной способностью, а противополож­ная сторона темная. Приемлемого объяснения такой асимметрии пока не найдено.

К сожалению, ничего не известно о поверхности са­мого большого спутника Сатурна — Титана, по размерам превышающего Меркурий. Объясняется это тем, что изу­чению отражательных свойств его поверхности мешает атмосфера. Предполагали, что поверхность Титана может состоять из водяного или метанового льда. Выдвига­лась гипотеза, согласно которой она может быть покрыта густой органической массой. В основе последней лежали результаты лабораторных исследований, показавшие, что в метаново-водородных атмосферах под воздействием ультрафиолетового излучения образуются сложные угле­водороды — такие, как этан, этилен и ацетилен. Как здесь не вспомнить существовавшие еще в 50-х годах нашего столетия близкие к этим представления о поверх­ности Венеры: ведь и на ней предполагалось обилие угле­водородов, моря нефти и даже пышная растительность. К сожалению, реальность уже не раз опровергала экзо­тические ожидания; очевидно, не будет исключением и Титан с его недавно открытой холодной азотной атмосферой.

В отличие от спутников планет-гигантов, у Плутона отождествлены спектральные признаки метанового конденсата. По результатам узкополосной фотометрии отношение интенсивности отражения в двух спектраль­ных областях, в одной из которых расположены полосы поглощения водяного и аммиачного льда, а в другой — сильная полоса поглощения метанового льда, оказалось равным 1,6. Если взять чистый метановый лед и снять те же спектры в лаборатории, то отношение оказывается лишь немного больше, в то время как для спутников гигантов с признаками водяного льда на поверхности это отношение существенно меньше единицы. Это явля­ется довольно сильным аргументом в пользу наличия ме­тана. Обнаружение метанового льда на Плутоне меняет существовавшие до недавнего времени представления о его поверхности, образованной скальными породами, в сторону более реальных предположений о покрываю­щем ее протяженном ледяном слое.

СОСТАВ И СТРОЕНИЕ СПУТНИКОВ ПЛАНЕТ-ГИГАНТОВ

В предыдущей главе мы уделили много внимания спутникам планет-гигантов, рассказам о свойствах их поверхностей. Одновременно затрагивались проблемы внутреннего строения и эволюции их недр, ключом к ре­шению которых служат наблюдаемые поверхностные структуры. Особый интерес представляют галилеевы спутники Юпитера, на поверхностях которых, как мы видели, обнаружен целый ряд уникальных особенностей, а средняя плотность падает с ростом расстояния от Юпи­тера от 3,53 г/см3 для Ио до 1,79 г/см3 для Каллисто. Изменение плотности естественно отражает различия в составе слагающих эти спутники пород. Рас­четные модели их внутренней структуры еще до полетов космических аппаратов «Вояджер» привели к представ­лениям о том, что Ио и Европа почти целиком состоят из вещества горных пород, в то время как у Ганимеда и Каллисто из них сложены только центральные части (ядра), а внешние оболочки образованы водяным или водно-аммонийным льдом. Нужно сказать, что эти пред­положения в своих основных чертах оправдались, но, конечно, сейчас мы узнали об этих небесных телах не­сравненно больше.

В первую очередь это касается спутника Ио, о кото­ром думали, что он потерял воду в отдаленную эпоху вследствие максимального разогрева за счет радиоген­ного тепла в его недрах, сложенных силикатными поро­дами. Действительно, для тела таких размеров, как Ио, любой реально допустимый запас долгоживущих радио­изотопов должен был исчерпаться в сравнительно ран­ний период тепловой эволюции; на других галилеевых спутниках роль внутренних источников тепла также не­эффективна. Тем удивительнее было обнаружение на Ио исключительно сильной вулканической активности в со­временную эпоху. На ее вероятный источник указали известный американский планетолог С. Пил и его со­трудники, опубликовавшие свою работу буквально за несколько месяцев до пролета первого «Вояджера»! Сей­час это предположение, подкрепленное эксперименталь­ными фактами, кажется наиболее правдоподобным. При­чиной вулканической деятельности на Ио следует, оче­видно, считать приливный разогрев его недр. Дело в том, что под влиянием притяжения Европы и Ганимеда возникают возмущения эксцентриситета синхронной ор­биты Ио вокруг Юпитера, что вызывает изменения амп­литуды постоянных крупномасштабных приливов. Рас­четы показали, что энерговыделение вследствие прилив­ной деформации этого спутника достаточно, чтобы рас­плавить большую часть его недр. Полагают, что в настоя­щее время у Ио сохранилась лишь очень тонкая твердая кора толщиной в 20—30 км, которая пульсирует вместе с приливами и отливами. Регулярно генерируемое тепло служит источником интенсивных извержений, непре­рывной вулканической деятельности. Очевидно, если бы на месте Ио оказался другой объект, сложенный в ос­новном льдом, то из-за быстрой потери легколетучих элементов от него бы очень скоро ничего не осталось. Возможно, что таким путем исчезали ледяные тела, ис­пытавшие аналогичные эффекты вблизи Юпитера или других планет-гигантов.

Модель приливных возмущений, предложенная для Ио, предсказывает наличие небольшого разогрева также для соседней с ним Европы. Количественно этот эф­фект должен быть примерно на порядок меньше, одна­ко и в этом случае он достаточен для того, чтобы под­держивать внутреннюю активность ее недр. Отражением этой продолжающейся тепловой эволюции, очевидно, слу­жит грандиозная сетка трещин на удивительно гладкой поверхности льда, обусловленная тектоническими про­цессами. Европа приблизительно на 20% по массе со­стоит из водяного льда, сосредоточенного в толстой (≈100 км) коре и водно-ледяной мантии (шуге) протя­женностью в несколько сот километров.