Ученые получили новые сведения о верхнем слое поверхности и близкой к поверхности структуре Галилеевого спутника Юпитера — Каллисто, анализируя архивные наблюдения Атакамской миллиметровой и субмиллиметровой решётки ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). Эти данные позволяют уточнить температурные свойства реголита (поверхностного слоя пород) и выявить различия в его характеристиках на разных участках спутника, что важно для понимания его геологической истории и возможной внутренней структуры.
Каллисто — древний и холодный спутник
Каллисто является четвертым по удалённости от Юпитера спутником среди крупных лун, открытых Галилео Галилеем в 1610 году, и одним из самых больших в Солнечной системе (диаметр примерно равен 4860 км) при массе и плотности, свидетельствующих о значительном содержании льда и породы.
Его поверхность относится к одной из самых древних и сильно кратерированных во всей Солнечной системе: отсутствие выраженной геологической активности, такой как вулканизм или конвекция коры, делает её «записной книжкой» ранней истории планетарного формирования.
Новые данные ALMA: цель и метод
Целью исследования была оценка температуры и термических свойств верхних нескольких сантиметров поверхности Каллисто, опираясь на инфракрасные и субмиллиметровые наблюдения. Ученые использовали шесть архивных тепловых изображений, полученных ALMA в период с 17 июля по 4 ноября 2012 г. на длинах волн около 0,43–0,47 мм (частоты 701,9–641,5 ГГц). Такой диапазон чувствителен именно к излучению из верхних сантиметров реголита, лежащих между зондируемыми глубинами инфракрасных и более длинноволновых субмиллиметровых наблюдений.
ALMA — это самый мощный в мире инструмент для наблюдения в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне, который обычно применяется для изучения газа, пыли и формирования планет, но также может использоваться для анализа поверхностных температур небесных тел.
Температура поверхности и реголита
Анализ данных ALMA позволил установить среднюю яркостную температуру поверхности Каллисто примерно на уровне 133 К (~–140 °C). Эта величина отражает не только температуру поверхности, но и термофизические свойства верхних слоёв реголита, такие как способность накапливать и выпускать тепло.
Чтобы сравнить разные типы поверхностей, данные объединялись с ранее опубликованными тепловыми картами аппарата Galileo (измерения Photopolarimeter-Radiometer), что позволило получить более полные представления о распространении температур и теплоёмкости на поверхности Луны.
Разнообразие термических свойств
Термофизические параметры указывают на комплексность материала реголита:
- часть поверхности и верхних слоёв характеризуется низким тепловым инерция (примерно 15–40 J m⁻² K⁻¹ s⁻¹⁄²), что характерно для рыхлого, мелкозернистого материала с высокой пористостью;
- другая часть имеет существенно более высокие значения (≈1200–2000 J m⁻² K⁻¹ s⁻¹⁄²), что может указывать на более уплотнённые или скальные области, отличные по свойствам от типичного лунного реголита.
Такое распределение отражает разнообразие поверхностных условий на спутнике и позволяет по-новому оценить, как разные типы пород и текстуры влияют на способ теплового обмена между поверхностью и космическим пространством.
Глубина проникновения и значимость данных
Данные ALMA на длинах волн ~0,43–0,47 мм чувствительны к глубине порядка первых нескольких сантиметров реголита, что заполняет пробел между традиционными измерениями теплового инфракрасного диапазона и более глубоким зондированием.
Такой подход обеспечивает прямую информацию о том, как верхние слои поверхности Каллисто нагреваются и остывают в ходе суточных циклов. Эти сведения помогают понять не только тепловые процессы, но и физическую структуру реголита — от рыхлости до плотности материалов.
Контекст для будущих миссий
Исследование подчёркивает потенциал ALMA для продолжения наблюдений за поверхностями планетных тел и служит выходной точкой для будущих миссий, таких как европейский аппарат JUICE (JUpiter ICy moons Explorer), который в 2031 году должен прибыть к системе Юпитера и провести ряд приближённых пролётов мимо Европпы, Ганимеда и Каллисто. С помощью инструментов JUICE учёные смогут расширить тепловые карты в трёх измерениях, а также уточнить глубинные свойства слоёв, залегающих под поверхностью.
Зачем это важно
Определение температурных и термофизических свойств верхнего реголита Каллисто даёт важные ориентиры для оценки:
- структуры и состава поверхностных материалов;
- степени устойчивости льда и пород под воздействием солнечного излучения;
- взаимосвязи с потенциальной подлёдной жидкой водой, которая может существовать на глубинах более ста километров и интересует учёных как возможная среда для химических процессов;
- исторических процессов формирования и эволюции спутника, поскольку Каллисто сохраняет древние слои, не затронутые активной геологией, в отличие от более внутренних спутников, таких как Европа или Ганимед.
Выводы и перспективы
Анализ данных ALMA впервые дал качественную оценку температуры и термофизических свойств верхних сантиметров реголита Каллисто с широкой пространственной выборкой. Исследование показало, что поверхность спутника представляет собой комплекс материалов с различной способностью аккумулировать и отводить тепло, что, в сочетании с данными прошлых миссий, позволяет создавать детальные модели поверхности и ближайшего подповерхностного слоя.
Такой фундаментальный набор данных станет важным ориентиром для будущих наблюдений и поможет прояснить, насколько Каллисто отличается от других крупных спутников Юпитера и что может скрываться под его ледяной корой.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
