EUROPA (SATELITA): CHARAKTERYSTYKA, KOMPOZYCJA, ORBITA, RUCH - ARTE - 2025

Europa to naturalny satelita lub księżyc Jowisza, odkryty w 1610 roku przez włoskiego astronoma Galileo Galilei (1564-1642). Jest częścią tak zwanych księżyców galilejskich, razem z Ganimedesem, Io i Kallisto. Jej nazwa pochodzi od postaci z mitologii greckiej: Europa była matką króla Krety Minosa, jednego z wielu kochanków króla bogów.

Niemiecki astronom Simon Marius, współczesny Galileuszowi, zasugerował tę nazwę w swoim dziele, w którym również przypisuje się odkrycie satelitów Jowisza, zanim ogłosił je Galileusz.

Rysunek 1. Naturalne kolorowe zdjęcie Europy wykonane podczas misji Galileo, linie to prawdopodobnie pęknięcia w skorupie z odsłoniętymi skałami. Źródło: Wikimedia Commons. NASA / JPL / DLR / domena publiczna

Innym oznaczeniem używanym dla tego satelity i obecnie nieużywanym jest to, które pierwotnie zaproponował Galileo, z cyframi rzymskimi. Zatem Europa jest również Jowiszem II, ponieważ jest to drugi księżyc Galileusza blisko planety (najbliższy jest Io, ale są cztery inne mniejsze księżyce).

W końcu astronomowie ulegli sugestii Mariusza, który mógł odkryć satelity niezależnie od Galileusza.

Odkrycie księżyców Galileusza krążących wokół Jowisza było kamieniem milowym dla nauki. Wzmocnił heliocentryczną teorię Kopernika i uświadomił ludzkości, że Ziemia nie jest centrum wszechświata.

Jednak księżyce Galileusza pozostawały przez długi czas jako małe punkty światła, widziane przez teleskop krążący wokół Jowisza.

Tak było do czasu, gdy bezzałogowe misje Pioneer, Voyager, Galileo i New Horizons przyniosły zalew informacji o Europie i pozostałych satelitach gigantycznych planet.

Charakterystyka ogólna

Możliwość zamieszkania

Europa, nieco mniejsza od Księżyca, ma pod powierzchnią ocean wody i jest chroniona przed wiatrem słonecznym przez pole magnetyczne Jowisza, co daje jej pewne perspektywy zamieszkania.

Rysunek 2. Porównawcza wielkość Europy, na dole po lewej, z Ziemią i Księżycem. Źródło: Wikimedia Commons. Apollo 17 Zdjęcie całej Ziemi: NASA Zdjęcie teleskopowe Księżyca w pełni: Gregory H. Revera Zdjęcie Europy: NASA / JPL / domena publiczna

Dodaj do tego fakt, że Europa jest prawdopodobnie tektoniczna. Poza Ziemią do tej pory nie znano żadnego innego obiektu niebieskiego o złożonej geologii.

Atmosfera

Atmosfera jest również słaba, ale z tlenem, a jej gęstość, choć nie tak wysoka, jak ziemska, sugeruje, że w jej składzie znajduje się duża ilość skał.

Powierzchnia

Zmrożona powierzchnia jest bardzo gładka, ledwo przecinają ją linie pokazane na rysunku 1.

Linie te prawdopodobnie odzwierciedlają naprężenia w lodowej skorupie o grubości 100-150 km pokrywającej Europę, odsłaniając leżącą pod nią skałę, pod którą znajduje się woda w stanie ciekłym.

Ze względu na ocieplenie spowodowane pływami we wnętrzu Europy jest wystarczająco dużo ciepła, aby utrzymać ten ocean.

Powszechnie uważa się, że przypływy są zjawiskiem typowym dla mas oceanicznych, jednak przyciąganie grawitacyjne nie tylko wypiera wodę, ale także skałę. Procesy te powodują tarcie, które powoduje rozproszenie energii ruchu orbitalnego w ciepło.

Brak pola magnetycznego

Dzięki pomiarom pola magnetycznego wykonywanym przez misje bezzałogowe wiadomo, że Europa nie posiada własnego pola magnetycznego. Ale wykryli również istnienie żelaznego rdzenia i warstwy wody bogatej w minerały pod skorupą.

Pomiary te wskazują, że kompas podróżnika przybywającego do Europy doświadczyłby dzikiego ruchu, zwłaszcza gdy podejście do Jowisza jest maksymalne. I to jest, że intensywne pole magnetyczne Jowisza oddziałuje z przewodzącym materiałem podłoża, powodując te fluktuacje.

Albedo Europy

Wiadomo, że Europa ma lodowatą i lekko nierówną powierzchnię, nie tylko ze względu na informacje uzyskane dzięki obrazom, ale także ze względu na pomiary jej albedo.

Albedo dowolnego obiektu - astronomicznego lub innego rodzaju - to ułamek światła, który odbija. Dlatego jego wartość wynosi od 0 do 1.

Jeśli albedo wynosi 0, oznacza to, że obiekt pochłania całe światło, niczego nie odbijając, wręcz przeciwnie, jeśli wynosi 1, odbija je całkowicie.

Lustra to obiekty o dużym albedo, a Europa wynosi 0,69. Oznacza to, że odbija około 69% światła docierającego do jego powierzchni, co oznacza, że ​​pokrywający go lód jest czysty i świeży.

Dlatego powierzchnia Europy jest stosunkowo młoda, szacuje się, że ma około 10 milionów lat. Powierzchnie ze starym lodem są raczej bardzo ciemne i mają mniejsze albedo.

Innym faktem na jego korzyść jest to, że powierzchnia Europy prawie nie ma żadnych kraterów uderzeniowych, co sugeruje wystarczającą aktywność geologiczną, aby zatrzeć dowody uderzeń.

Jeden z tych kilku kraterów pojawia się na dole ryciny 1. Jest to jasny punkt w kształcie kreta z ciemnym środkiem, zwany kraterem Pwyll, na cześć celtyckiego bóstwa podziemia.

Podsumowanie głównych cech fizycznych Europy

Ruch tłumaczeniowy

Europa porusza się wokół Jowisza w okresie nieco ponad 3 i pół dnia, po dość kołowej orbicie.

Osobliwością ruchu postępowego Europy jest to, że porusza się ona synchronicznie z Jowiszem. Dlatego zawsze pokazuje planetę tę samą twarz, tak jak Księżyc w przypadku Ziemi. Zjawisko to jest również znane jako sprzężenie pływowe.

Rysunek 3. Europa zawsze pokazuje Jowiszowi tę samą ścianę dzięki synchronicznej rotacji. Źródło: NASA.

Sprzężenie pływowe charakteryzuje się tym, że w tym samym czasie obiekt orbituje wokół najbardziej masywnego ciała - w tym przypadku Jowisza - tak jak wykonuje jeden pełny obrót wokół własnej osi.

Wyjaśnienie jest takie, że ciała niebieskie nie są masami punktowymi, ale obiektami o znacznych wymiarach. Z tego powodu siła grawitacji, jaką Jowisz wywiera na swoje satelity, nie jest jednorodna, jest bardziej intensywna po najbliższej stronie i mniej intensywna po drugiej stronie.

Powoduje to okresowe zniekształcenie w Europie, na które wpływa również siła grawitacji regularnie wywierana przez inne pobliskie księżyce galilejskie: Ganimedes i Io.

Rezultatem jest wzmocnienie sił grawitacyjnych w zjawisku znanym jako rezonans orbity, ponieważ inne księżyce grawitacyjnie przyciągają Europę w precyzyjnych odstępach czasu.

Rezonans Laplace'a

I oczywiście Europa robi to samo z innymi księżycami, tworząc rodzaj harmonii między nimi wszystkimi.

Wzajemne efekty grawitacyjne księżyców Galileusza nazywane są rezonansem Laplace'a, od nazwiska jego odkrywcy, francuskiego matematyka i astronoma Pierre'a Simona de Laplace'a w 1805 roku.

W fizyce występuje kilka rodzajów rezonansów. Jest to rzadki rezonans, w którym okresy obrotów trzech księżyców są w stosunku 1: 2: 4. Jakakolwiek siła wywierana na którykolwiek z elementów tego układu jest przenoszona na pozostałe poprzez oddziaływanie grawitacyjne.

Rysunek 4. Animacja rezonansu orbitalnego między satelitami Galileusza. Źródło: Wikimedia Commons. Użytkownik: Matma Rex / domena publiczna.

Dlatego siły pływowe powodują, że cała Europa jest narażona na występy i uciski, które powodują nagrzewanie opisane powyżej. A także powoduje, że Europa ma w sobie ocean ciekłej wody.

Ruch obrotowy

Europa wykonuje ruch obrotowy wokół własnej osi, która, jak powiedzieliśmy, ma taki sam czas trwania jak okres orbity, dzięki sprzężeniu pływowemu z Jowiszem.

Kompozycja

W Europie występują te same pierwiastki, co na Ziemi. W atmosferze jest tlen, żelazo i krzemiany w rdzeniu, a woda, najbardziej uderzająca substancja, zajmuje warstwę poniżej skorupy.

Woda pod Europą jest bogata w sole mineralne, takie jak chlorek sodu czy sól kuchenna. Obecność siarczanu magnezu i kwasu siarkowego może częściowo wyjaśniać czerwonawe linie przecinające powierzchnię satelity.

Uważa się również, że w Europie istnieją tholiny, związki organiczne powstające pod wpływem promieniowania ultrafioletowego.

Tholiny są powszechne na lodowych światach, takich jak Europa i księżyc Saturna, Tytan. Do ich powstania potrzebne są węgiel, azot i woda.

Struktura wewnętrzna

Struktura wewnętrzna Europy jest podobna do struktury Ziemi, ponieważ ma rdzeń, płaszcz i skorupę. Jego gęstość, wraz z gęstością Io, jest wyższa niż w przypadku pozostałych dwóch księżyców Galileusza, co wskazuje na wyższą zawartość krzemianów.

Rysunek 5. Struktura wewnętrzna czterech księżyców Galileusza na podstawie modeli teoretycznych. Źródło: Kutner, M. Astronomy: perspektywa fizyczna.

Rdzeń Europy nie jest wykonany ze stopionego metalu (w przeciwieństwie do Io), co sugeruje, że woda pod skorupą ma wysoką zawartość minerałów, ponieważ magnetyzm Europy pochodzi z interakcji między dobrym przewodnikiem, takim jak woda, z solami i intensywne pole magnetyczne Jowisza.

Płaszcz skalny obfituje w pierwiastki promieniotwórcze, które rozkładając się wydzielają energię i stanowią oprócz ogrzewania pływowego kolejne źródło wewnętrznego ciepła dla Europy.

Szacuje się, że najbardziej zewnętrzna warstwa wody, częściowo zamarznięta, a częściowo ciekła, na niektórych obszarach ma grubość 100 km, chociaż inni twierdzą, że ma ona tylko około 200 m.

W każdym razie eksperci są zgodni, że ilość wody w stanie ciekłym w Europie może być dwa razy większa niż na Ziemi.

Uważa się również, że w szczelinach skorupy lodowej znajdują się jeziora, jak pokazano na ryc. 6, w których również może istnieć życie.

Lodowata powierzchnia otrzymuje ciągłą interakcję z naładowanymi cząstkami wysyłanymi z pasów promieniowania Jowisza. Silny magnetyzm Jowisza przyspiesza ładunki elektryczne i dodaje im energii. W ten sposób cząsteczki docierają do powierzchni lodu i fragmentują cząsteczki wody.

W tym procesie uwalniana jest wystarczająca ilość energii, wystarczająca do uformowania świecących chmur gazu wokół Europy, które sonda Cassini zaobserwowała, kierując się w stronę Saturna.

Rysunek 6. Struktura wewnętrzna Europy według modeli utworzonych na podstawie dostępnych informacji. Źródło: Wikimedia Commons.

geologia

Misje bezzałogowe dostarczyły wielu informacji o Europie, nie tylko w postaci mnóstwa obrazów o wysokiej rozdzielczości, które przesłali na powierzchnię, ale także dzięki grawitacyjnemu oddziaływaniu Europy na statki.

Obrazy pokazują bardzo jasnożółtą powierzchnię, pozbawioną zauważalnych form terenu, takich jak wysokie góry lub godne uwagi kratery, w przeciwieństwie do innych satelitów Galileusza.

Ale to, co jest najbardziej uderzające, to sieć falistych linii, które nieustannie się przecinają, co widać wyraźnie na rysunku 1.

Naukowcy uważają, że linie te pochodzą z głębokich szczelin w lodzie. Jeśli przyjrzeć się bliżej, linie mają ciemną krawędź z jaśniejszym środkowym paskiem, uważanym za produkt dużych gejzerów.

Rysunek 7. Gejzery Europy widziane przez Hubble'a. Źródło: NASA.

Te strzeliste kolumny pary (pióropusze), wysokie na kilka kilometrów, składają się z cieplejszej wody, która unosi się z wnętrza przez szczeliny, jak donoszą obserwacje z Teleskopu Kosmicznego Hubble'a.

Niektóre analizy ujawniają ślady pozostawione przez wodę o wysokiej zawartości minerałów, a następnie odparowane.

Możliwe, że pod skorupą Europy zachodzą, tak jak na Ziemi, procesy subdukcji, w których płyty tektoniczne zbiegają się na krawędziach, poruszając się względem siebie w tak zwanych strefach subdukcji.

Ale w przeciwieństwie do Ziemi, płyty są wykonane z lodu, który przemieszcza się nad płynnym oceanem, a nie magmą, jak to ma miejsce na Ziemi.

Możliwość zamieszkania w Europie

Wielu ekspertów jest przekonanych, że oceany Europy mogą zawierać mikroorganizmy, ponieważ są bogate w tlen. Ponadto w Europie panuje atmosfera, choć cienka, ale zawiera tlen, pierwiastek niezbędny do życia.

Innym sposobem na podtrzymanie życia są jeziora otoczone lodową skorupą Europy. W tej chwili są to przypuszczenia i brakuje znacznie więcej dowodów, aby je potwierdzić.

Wciąż dodaje się pewne dowody, aby wzmocnić tę hipotezę, na przykład obecność minerałów ilastych w skorupie, które na Ziemi są związane z materią organiczną.

Kolejną ważną substancją, która według nowych odkryć znajduje się na powierzchni Europy, jest chlorek sodu lub sól kuchenna. Naukowcy odkryli, że sól kuchenna, w warunkach panujących w Europie, nabiera bladożółtego koloru, który jest widoczny na powierzchni satelity.

Jeśli ta sól pochodzi z oceanów Europy, oznacza to, że bardzo prawdopodobne jest, że są one podobne do oceanów lądowych, a wraz z nimi możliwość życia.

Odkrycia te niekoniecznie oznaczają, że w Europie istnieje życie, ale jeśli zostaną potwierdzone, satelita ma wystarczające warunki do jego rozwoju.

Istnieje już misja NASA o nazwie Europa Clipper, która jest obecnie w fazie rozwoju i może zostać uruchomiona w ciągu najbliższych kilku lat.

Wśród jego celów są badanie powierzchni Europy, geologii satelity i jego składu chemicznego, a także potwierdzenie istnienia oceanu pod skorupą. Będziemy musieli trochę poczekać, aby się dowiedzieć.

Bibliografia

1. BBC. Dlaczego lodowy księżyc Jowisza, Europa, jest najlepszym kandydatem do znalezienia życia pozaziemskiego w Układzie Słonecznym? Odzyskany z: bbc.com.
2. Eales, S. 2009. Planety i systemy planetarne. Wiley-Blackwell.
3. Kutner, M. 2003. Astronomia: perspektywa fizyczna. Cambridge University Press.
4. Pasachoff, J. 2007. Kosmos: astronomia w nowym tysiącleciu. Trzecia edycja. Thomson-Brooks / Cole.
5. Nasiona, M. 2011, Układ Słoneczny. Wydanie siódme. Cengage Learning.
6. Wikipedia. Europa (księżyc). Odzyskane z: en.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Europa Clipper. Odzyskane z: es.wikipedia.org.