Что делает Ганимед и Каллисто очень интересными космическими телами?

Наука и техникаНаука

Система Юпитера: Ганимед и Каллисто

Игорь Край

Юпитер очень велик, и было бы странно, если бы не он, а другая планета Солнечной системы обладала самым крупным спутником. Странности же в космосе не редкость. Но здесь обошлось без них. Третья из галилеевых лун Юпитера – Ганимед – заслуженно пользуется известностью как гигант среди спутников – 5270 км в поперечнике, что близко к размерам Марса. Четвертый, самый дальний из регулярных, спутник Каллисто диаметром, равным 4820 км, лишь немного уступает Меркурию. Однако масса лун Юпитера существенно меньше массы планет, так как тела эти по составу преимущественно не каменные, а ледяные. Что, собственно, и делает Ганимед и Каллисто очень интересными телами. Лед – удивительный материал, способный на трюки, которые камню не по силам.

О льдах космических – аномальных

Со льда, соответственно, и придется начать. С обычного, водяного, хотя в составе спутников планет-гигантов хватает и газовых льдов. Водяной, однако, образует основу. Все-таки вода – самое распространенное химическое соединение во Вселенной.

Обычный же водяной лед необычен хотя бы огромным разнообразием форм. В космосе он редко бывает похож на тот лед, который мы наблюдаем на Земле.

Фазовые переходы воды

Для начала, лед бывает не только кристаллическим, но аморфным, стекловидным. Подобная форма возникает при быстром замерзании пара в вакууме, и встречается – замечена, по крайне мере, только на одной из малых планет пояса Койпера – Кваваре. Однако аморфный лед нестабилен и при нагреве очень легко переходит в другие формы. Как правило, в обычный лед Ih. Это «земной» или «теплый» лед с гексагональной кристаллической решеткой.

Кубическая модификация льда – лед Ic – также не считается «экзотической», поскольку встречается на Земле в верхних слоях атмосферы. Это «холодный» лед, образующийся при температуре ниже –133 °С (или 140 Кельвинов). Представляет он собой очень твердое и хрупкое вещество плотностью 0,92 г/см3. На внешних космических телах «холодный» лед обычно выполняет функции горных пород. Отсутствие свойственной теплому льду текучести и высокая прочность (кристаллическая решетка, как у алмаза) в сочетании с низкой плотностью позволяет строить из него весьма впечатляющие горы.

Экзотическим же считается лед II – тригональная фаза с плотностью 1,16 г/ см3. Образоваться он может лишь при температуре –63 °С и давлении 300 МПа, которое на Земле достигалось бы при толщине ледника свыше 30 км. Однако при температуре ниже –173 °С (100 К) стабильность сохраняет даже при давлении в одну атмосферу. Что позволяет льду II образовывать верхний слой мантии холодных тел.

...До тех пор, пока недра их остаются достаточно холодными. При нагреве же и давлении выше 350 МПа лед II переходит в тетрагональный лед III. Плотностью данные фазы не отличаются. В свою очередь, с ростом давления до 500 МПа (что на Земле достигалось бы при толщине ледника 50 км или камня 25 км) и температуре не выше –20 °С лед III переходит в моноклинную модификацию – лед V, с плотностью уже 1,24 г/см3.

В строении ледяных тел экзотические льды фаз со II по V, сменяя друг друга по мере возрастания глубины, образуют ледяную мантию. При этом, не считая более высокой плотности, их еще можно считать аналогами обычного «теплого» льда по механическим свойствам. Это умеренно текучие материалы.

Но при давлении 600 МПа (эквивалент погружения в земную кору на 30 км) образуется первая «горячая» модификация льда – лед VI. Горячая, ибо этот лед с тетрагональной решеткой и плотностью 1,31 г/см3 при нуле градусов уже не тает, выдерживая нагрев до 100 °С.

При указанных выше условиях лед VI не тает, поскольку это означало бы увеличение объема, а высокотемпературные модификации льда – это уже просто вода, вынужденная к кристаллизации и уплотнению давлением. Так что при давлении свыше 2200 МПа (100 км), не выдержав издевательств, вода сжимается до плотности 1,65 г/см3. Это «кубический» лед VII с взаимопроникающими водородными решетками. Выдерживает он уже температуру до 1000 К.

...Можно заметить, что в перечне был пропущен лед IV, но речь не о всех фазах водяного льда, которых насчитывается 19, а лишь о встречающихся в составе небесных тел. По этой причине следующей за льдом VII и последней формой оказывается лед X, образующийся при давлении 70 Гигапаскалей (что соответствует условиям нижней мантии на глубине 300 км на Земле) и имеющий плотность 2,51 г/см3.

Встречаться лед X может в составе ледяных гигантов и планет-океанов, но луны для него слишком легки. Это суперионный лед… И вообще уже не лед, по сути. Ибо вода теряет молекулярный характер. Водород и кислород образуют смесь, но структурно не связаны, и в кубическую решетку выстроен только кислород. Данная форма льда к температуре уже нечувствительна в принципе.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Мусульманское серебро Древней Руси Мусульманское серебро Древней Руси

Воздвиженский клад в Новгороде — настоящее сокровище

Наука
Соединительный Союз Соединительный Союз

Спортивные события последнего года Великой Отечественной войны

Ведомости
Авианосцы ВМС Индии XXI века Авианосцы ВМС Индии XXI века

История постройки авианосца «Викрант»

Наука и техника
Самые скандальные Папы Римские: от средневековья до наших дней Самые скандальные Папы Римские: от средневековья до наших дней

Какие Папы Римские прославились вовсе не благодеяниями, а громкими скандалами

Maxim
Почему герои русской литературы — это антипример концепции wellbeing Почему герои русской литературы — это антипример концепции wellbeing

Не перестаем любить героев великой классики, однако в жизни делаем все наоборот

РБК
Инвест-дискаунтер Инвест-дискаунтер

Как Чарльз Шваб научил инвестировать простых американцев

Деньги
Новое исследование: мат улучшает спортивные результаты Новое исследование: мат улучшает спортивные результаты

Как «матюки» во время физических нагрузок помогают превзойти свои возможности

Maxim
Впали в детство: почему рабочие взаимоотношения превращаются в семейную драму Впали в детство: почему рабочие взаимоотношения превращаются в семейную драму

Как избежать «семейных» конфликтов на работе

Forbes
Как выбрать мойку высокого давления: основные характеристики Как выбрать мойку высокого давления: основные характеристики

Список критериев, по которым стоит выбирать мойку высокого давления

CHIP
Клещ выходит на охоту Клещ выходит на охоту

Чем опасны клещи?

Лиза
Василий Мищенко: «Табаков не отпустил меня сниматься к Михалкову» Василий Мищенко: «Табаков не отпустил меня сниматься к Михалкову»

Василию Мищенко сказали на экзаменах: «По-моему, это сумасшедший, надо брать!»

Коллекция. Караван историй
Арена на двоих Арена на двоих

Как исторически складывались отношения России и США

Эксперт
Плетущие судьбы Плетущие судьбы

Послания, зашифрованные в орнаментах и узорах России

Вокруг света
Женщина хочет крови: что такое femgore и как нас пугают безумными героинями в кино Женщина хочет крови: что такое femgore и как нас пугают безумными героинями в кино

Как под страшной маской femgore скрываются сатира и социальная критика

Forbes
Почему галактики закручиваются в спирали: ученые изучили механизмы формирования звездных скоплений Почему галактики закручиваются в спирали: ученые изучили механизмы формирования звездных скоплений

Какие модели образования спиралевидных галактик выделяют учены?

ТехИнсайдер
Исследование показало, что видеоигры не оказывают негативного влияния на мозг детей, а наоборот, повышают их IQ Исследование показало, что видеоигры не оказывают негативного влияния на мозг детей, а наоборот, повышают их IQ

Дети, активно играющие в видеоигры, имеют высокий уровень умственной активности

Inc.
Бум цифрового мошенничества в России: кто такие «инфоцыгане»? Бум цифрового мошенничества в России: кто такие «инфоцыгане»?

Как возник феномен «курсов из ничего» и что с ним происходит?

VC.RU
Звезды манящие Звезды манящие

Ослепительная вспышка, которой уже некого слепить, миг неуловимый

Знание – сила
«Впервые играю героя, переполненного любовью» «Впервые играю героя, переполненного любовью»

Андрей Максимов — о Маяковском, театре и байопике «Лиля»

OK!
Амарант Амарант

Почему амарант — суперфуд и важнейшая пищевая культура XXI века

Здоровье
«Мамонты следующие»: Colossal Biosciences вернула к жизни вымерших 10 тысяч лет назад лютоволков «Мамонты следующие»: Colossal Biosciences вернула к жизни вымерших 10 тысяч лет назад лютоволков

Как ученым Colossal Biosciences удалось произвести на свет щенков лютоволка

VC.RU
Коллекция суеверий Коллекция суеверий

Угличский музей мистики Дарьи Чужой переосмысляет фольклор

Отдых в России
Физика в поисках ответа на разгадку бытия: от Эйнштейна до Хокинга и Лоуренса Краусса Физика в поисках ответа на разгадку бытия: от Эйнштейна до Хокинга и Лоуренса Краусса

Почему существует Вселенная? Почему существует мир, почему в нем есть мы?

Знание – сила
Городские острова тепла вдвое снизили смертность людей из-за холода Городские острова тепла вдвое снизили смертность людей из-за холода

Городской остров тепла снижает смертность населения от холода на 51,5 процента

N+1
Астрономы впервые достоверно нашли экзопланету с кратной полярной орбитой Астрономы впервые достоверно нашли экзопланету с кратной полярной орбитой

Ученые впервые подтвердили существование экзопланеты с кратной полярной орбитой

N+1
Как приручить маркетинг и использовать его на все 100: объясняет эксперт Дмитрий Бескромный Как приручить маркетинг и использовать его на все 100: объясняет эксперт Дмитрий Бескромный

Как развить свой продукт с помощью digital-маркетинга

VOICE
Эхо прошедшей войны Эхо прошедшей войны

Это после Великой Отечественной они стали народными актерами, но на фронте...

Коллекция. Караван историй
Рукопожатие крепкое Рукопожатие крепкое

Как развивается рынок высокотехнологичных протезов

Эксперт
Щедры на дивиденды Щедры на дивиденды

Какие компании в этом году поделятся прибылью с акционерами

Деньги
Вечерний спорт влияет на продолжительность сна Вечерний спорт влияет на продолжительность сна

Тренировки перед сном сильнее сказываются на состоянии сна, чем считалось ранее

ТехИнсайдер
Открыть в приложении