Поверхность спутников Юпитера и Сатурна имеет очень пористую структуру

Новости МирТесен

Анализ скорости изменения температур ледяных спутников пятой и шестой планет системы показал, что она превышает показатели, характерные для подлинно ледяной поверхности. Исследования выявили, что эти тела покрыты веществом, свойства которого значительно отличаются от свойств земного льда.

У Юпитера и Сатурна множество крупных спутников, достигающих тысяч километров в диаметре. Каждый из этих гигантов обладает луной, размер которой превышает диаметр Меркурия – планеты земной группы. Такие характеристики, вкупе с наличием подледных океанов, делают эти объекты интересными для научных исследований.

Новая работа, чей текст опубликовали на сервере препринтов Корнелльского университета показала, что подобные миссии могут наткнуться на невидимые подводные камни как минимум на части таких тел. Анализ снимков этих тел в ИК-диапазоне показал, что у их поверхности очень низкая тепловая инерция. То есть по мере вращения ночная сторона такого тела остывала быстрее, а дневная — нагревалась быстрее, чем ожидали.

При оценке плотности верхних слоев обнаруженных спутников на основе скорости изменения температур, авторы получили неожиданные результаты. Для крупных лун Юпитера верхние десять миллиметров состоят из водяного льда с чрезвычайно высокой пористостью – 85 процентов. Это сопоставимо с плотностью пенопласта. Даже на глубине в один метр пористость остается высокой – 50-70%, и по механическим свойствам материал больше напоминает плотный снег, а не привычный нам лед. Такая высокая пористость не обязательно приведет к тому, что посадочный аппарат погрузится глубоко, поскольку гравитация там очень слабая – не более семи процентов от земной, что затрудняет погружение.

Для роботизированных платформ ситуация может сложиться иначе. И дело не только в том, что им легче провалиться сквозь тонкий и пористый лед. Существует еще один важный аспект: при отсутствии плотной атмосферы, подобной титановой (из-за которой работа на Титане не была затронута), спуск будет осуществляться с использованием тяги ракетных двигателей. Выброшенные ими горячие газы способны частично удалять пористый лед из-под аппарата или снижать его прочность.

В каждой из ситуаций целесообразно рассмотреть возможность расширения площади опорных элементов и увеличения расстояния между ними. Особенно это актуально для посадки пилотируемых аппаратов на поверхности спутников Юпитера и Сатурна. Несмотря на то, что такая возможность пока представляется отдаленной, современные космические корабли уже сейчас позволяют осуществить подобные миссии в нынешнем столетии.

Неизбежны сложности и для планетоходов, работающих на Ганимеде, Каллисто и подобных ледяных спутниках. Движение по льду, имеющему плотность снега, может вызвать пробуксовку и привести к застреванию колесного аппарата. Известно, что именно подобные пробуксовки (и поднимаемый ими рыхлый грунт) приводят к поломкам планетоходов, начиная с советских луноходов и заканчивая американскими марсоходами.

Неясно также, возможно ли их замена на гусеничное оборудование. Если пористый лед начнет забиваться между катками, это со временем может привести к потере ими способности к передвижению. Третий тип шасси для планетоходов, который активно разрабатывается, — «прыгающий», предполагающий резкий взлет аппарата над поверхностью и прыжок в сторону (такие конструкции создаются для лунных миссий). Однако не погрузятся ли они в суперрыхлый лед спутников планет-гигантов? Однозначного ответа на этот вопрос предстоит еще получить.

На ледяных лунах Сатурна обстановка еще более сложная. На глубине уже в метр отмечается пористость, превышающую 85 процентов, а на глубине 70-80 метров – и более. Это не только усложняет перемещение, но и ставит под сомнение возможность глубокого бурения, необходимого для достижения подледных океанов. Возможность того, что буровое оборудование проделает отверстие, в которое начнет осыпаться рыхлый лед, также требует внимания при планировании миссии глубокого бурения.

Причины значительной разницы в расстояниях между лунами Юпитера и Сатурна остаются неясными. Хотя у первых лун сила притяжения больше, по результатам моделирования, она не способна в одиночку настолько сильно повлиять на плотность ледяных пород.

Авторы подчеркивают, что определить точную глубину перехода в плотности и характер этого изменения – резкий или плавный – невозможно, основываясь только на внешних наблюдениях. Кроме того, остается неясной причина столь экстремальной пористости внешнего слоя спутников. Ученые изучают различные предположения, в частности, что рыхлый реголит на поверхности ледяных лун формируется из-за непрерывного потока микрометеоритов, которые постоянно бомбардируют тела, не имеющие выраженной атмосферы.