Газовый тор Ио

Крупнейшими достижениями в исследовании планет-гигантов Солнечной системы мы обязаны не только полетам "Пионеров" и "Вояджеров". Удивительное открытие линий излучения натрия, связанных с Ио (внутренним из четырех "галилеевых спутников" Юпитера), привело к появлению четыре года спустя (в 1977 г.) этой фотографии. Излучение исходит из облака паров натрия, которые окружают Ио (белая точка на снимке) и тянутся вдоль орбиты этого спутника (белые линии), образуя огромный клочковатый тор.

Еще задолго до того, как космические аппараты "Вояджер" (см. Ио: взгляд в преисподнюю) передали на Землю необыкновенно четкие изображения поверхности Ио, было ясно, что эта поверхность обладает рядом удивительных свойств. Высокая отражательная способность наводит на мысль, что Ио представляет собой ледяной шар, однако наблюдения в ИК-диапазоне не подтвердили это предположение. Ио модулирует радиоизлучение (в диапазоне 10 м), вспышки которого наблюдаются в магнитосфере Юпитера. Роберт Браун обнаружил спектральные линии натрия, а в следующем году Ларри Трафтон со своими коллегами из Техасского университета выяснил, что излучение натрия исходит из обширной области вокруг Ио. Примерно в то же время спектрофотометрические исследования показали, что поверхность Ио состоит из солей металлов с преобладанием натрия. Возникла гипотеза, согласно которой атомы натрия каким-то образом выбрасываются с поверхности, а в 1977 г. Брюс Гольдберг и его коллеги из Лаборатории реактивного движения, Торренс Джонсон, Деннис Мэтсон и Джеймс Янг, сфотографировали натриевое облако.

Основная трудность заключается в том, что спутники Юпитера видны в отраженном солнечном свете, а Солнце само содержит большое количество натрия. Исследователи решили применить метод бесщелевой спектроскопии, поместив в фокусе 61-сантиметрового рефлектора системы Кудэ, установленного в обсерватории Тейбл- Маунтин, стеклянную пластинку с овальной маской, напыленной алюминием. Маска закрывала изображение Ио, и с помощью электронно-оптического усилителя изображения были получены данные, на основании которых изготовлена приведенная здесь фотография. Вторая маска закрывала Юпитер.

Фотография составлена компьютером в условных цветах, причем изображение Юпитера (северный полюс вверху) было получено в другое время и в другом месте. Сразу бросается в глаза асимметрия облака впереди Ио: его плотность максимальна на западе (справа). (Темное пятно, в котором поставлена точка, соответствующая размеру Ио, - это тень алюминиевой маски.) Протяженность облака перед Ио не меньше 200 тыс. км - вполне возможно, что оно простирается и дальше, но его яркость падает ниже порога чувствительности детекторов. Независимые спектроскопические исследования показали, что облако охватывает по меньшей мере половину орбиты Ио и помимо атомов натрия содержит также атомы калия и серы. Ближайшую к Ио часть тора исследователи сравнивают по форме с бананом; оранжево-желтый цвет соответствует D-линиям натрия, излучаемым облаком, и хорошо знаком нам по цвету уличных натриевых фонарей. Данные по каждой из D-линий натрия регистрировались отдельно, а затем использовались для создания окончательного изображения.

Газовый тор Ио

Стоит ли говорить, что восстановленное компьютером изображение имеет мало общего со спектрограммой, на которой оно основано. Поэтому мы сочли полезным воспроизвести здесь также исходную спектрограмму (слева). Это черно-белое изображение ориентировано так же, как и фотомонтаж в условных цветах. Спектрограф разлагал свет в вертикальном направлении, и очертания облака были получены на двух D-линиях натрия: 5896 А (верхняя часть) и 5890 А (нижняя часть кадра). Несмотря на наличие маски (два темных пятна), часть отраженного солнечного света попала в кадр (две параллельные вертикальные линии в центре). В правой части кадра заметно сияние Юпитера, яркий отблеск которого не удается полностью закрыть маской.

19 февраля 1977 г. Обсерватория Тейбл-Маунтин, Калифорния, США. Б. Гольдберг, Д. Мэтсон, Т. Джонсон, Дж. Янг. 61-сантиметровый телескоп с кремниевым фотометрическим датчиком 4804 SIT фирмы RCA, изображение восстановлено в условном цвете. 3 ч. Б. Гольдберг, Лаборатория реактивного движения, Пасадена, Калифорния, НАСА [116, 178, 199]

Джеймс Клерк Максвелл еще в 1857 г. отмечал, что газовые кольца неустойчивы. Тот факт, что мы видим кольцо, которое должно было рассеяться вскоре после возникновения, вероятно, означает, что оно постоянно возобновляется. Что же питает газовое облако Ио? По всей видимости, вещество поступает с поверхности спутника, однако в то время, когда был сделан этот снимок, вулканическая деятельность на Ио казалась немыслимой (вулканы были обнаружены там лишь в 1979 г.; см. Открытие внеземного вулкана). Согласно одной из наиболее удачных моделей, предполагалось, что облако питается за счет атомов, которые выбиваются с поверхности Ио быстрыми частицами, ускоренных в магнитном поле Юпитера.

Но и вулканизм недолго оставался привлекательным объяснением натриевого облака; вскоре выяснилось, что "космическая скорость" для Ио выше, чем скорость, с которой движется выброшенное вулканом вещество. В конечном счете выбивание атомов с поверхности остается наиболее правдоподобной гипотезой, хотя ее следует "доработать", чтобы учесть изменение формы облака в зависимости от положения Ио на орбите. Атомы, по-видимому, выбиваются быстрыми электронами, которые вылетают с поверхности Юпитера в результате ее бомбардировки протонами из магнитосферы. Интенсивность излучения в западной элонгации на 20% ниже, чем в восточной, которую спутник как раз прошел в тот момент, когда был сделан снимок. Большая часть видимого здесь облака сохраняет устойчивость на протяжении нескольких лет, хотя более удаленные области тора флуктуируют с периодом около месяца.