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

Царство янтаря: Самые удивительные находки из бирмита Царство янтаря: Самые удивительные находки из бирмита

О нескольких удивительных находках, обнаруженных в бирмитах

Наука и техника
Заряженные капли отказались разбрызгиваться при ударе о твердую поверхность Заряженные капли отказались разбрызгиваться при ударе о твердую поверхность

Электричество вокруг заряженной капли предотвращает ее разбрызгивание

N+1
«О, тепленькая пошла» «О, тепленькая пошла»

В какой части Арктики лед тает быстрее

Санкт-Петербургский университет
В древнем левантийском поселении изготавливали пурпур на протяжении 500 лет В древнем левантийском поселении изготавливали пурпур на протяжении 500 лет

В Тель-Шикмоне примерно 500 лет находился крупный центр по производству пурпура

N+1
Ольга Аросева: Михаил Державин называл ее «водородной бомбой», а Ширвиндт деликатно отмечал, что «характер у нее не сахар» Ольга Аросева: Михаил Державин называл ее «водородной бомбой», а Ширвиндт деликатно отмечал, что «характер у нее не сахар»

«Чего только ей не тащили: от конфет и коньяка до борщей в банках и селедки»

Коллекция. Караван историй
8 вещей, которые нашатырный спирт сделает идеально чистыми 8 вещей, которые нашатырный спирт сделает идеально чистыми

Аммиак — один из самых мощных и недорогих бытовых очистителей

VOICE
Керосиновая история Керосиновая история

Жизнь в послевоенном социализме делится на «время керосина» и «время газа»

Знание – сила
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
ВЭБ определил стратегию ВЭБ определил стратегию

Группа ВЭБ ориентируется на нацпроекты

Эксперт
Савва и Мария Савва и Мария

Мария Червоткина о материнском фэшн-пути и окситоциновых слезах

Собака.ru
Гарегин Тосунян: «В силу непонятных нам причин рынок сжимают» Гарегин Тосунян: «В силу непонятных нам причин рынок сжимают»

Как оценивается состояние экономики и банковского сектора

Монокль
Мир, дружба, Мир, дружба,

Актеры Кирилл Кяро и Даниил Страхов — о дружбе, работе и “Гипнозисеˮ

Men Today
Читай Читай

5 захватывающих графических романов

VOICE
«А как же шарики?!» Человечество исчерпает запасы гелия быстрее, чем нефти или газа – но есть выход «А как же шарики?!» Человечество исчерпает запасы гелия быстрее, чем нефти или газа – но есть выход

Поставщики начали отказывать в поставках гелия даже научным лабораториям

ТехИнсайдер
Оборона в глубоком тылу Оборона в глубоком тылу

Какие экономические решения сделали СССР страной-победителем

Эксперт
11 пород собак, которых больше не существует 11 пород собак, которых больше не существует

11 примеров собак, которые больше не ходят по земле

ТехИнсайдер
Открывая космос Открывая космос

Путеводитель женщины-астронавта по миру миссий, чудес и перемен в космосе

kiozk originals
Конкуренты Конкуренты

Какими они были, конкуренты герцога Нормандского?

Дилетант
8 советов стоматологов, как быстро и просто улучшить состояние зубов 8 советов стоматологов, как быстро и просто улучшить состояние зубов

Как поддерживать красоту и здоровье зубов

ТехИнсайдер
Мужчина мечты Мужчина мечты

Хочет ли Ярослав Могильников остаться в кино и как проходят его первые свидания

VOICE
Настоящие произведения искусства: топ-5 самых красивых паспортов в мире Настоящие произведения искусства: топ-5 самых красивых паспортов в мире

Развороты некоторых паспортов можно смело вывешивать в галереях. Посмотрите!

ТехИнсайдер
Стартапам перепало Стартапам перепало

Российский рынок венчурных инвестиций начал восстанавливаться

Деньги
Энтомофагия Энтомофагия

Насколько употребление в пищу насекомых безопасно для жителей России?

Здоровье
Экономисты описали выбор властей между «разумной достаточностью» и шоком Экономисты описали выбор властей между «разумной достаточностью» и шоком

Экономика оказалась между двумя сценариями поведения финансовых властей

Forbes
Как крупнейшая в мире миротворческая организация вызвала эпидемию, от которой погибли 10 000 человек Как крупнейшая в мире миротворческая организация вызвала эпидемию, от которой погибли 10 000 человек

Как в 2010 году миротворческая организация вызвала на Гаити эпидемию холеры

ТехИнсайдер
От мела к модели: как искусственный интеллект перестраивает образовательный процесс От мела к модели: как искусственный интеллект перестраивает образовательный процесс

ИИ вошел во многие сферы жизни. Не избежала его и система образования

ТехИнсайдер
Станет белее новых: как очистить маркерную доску от старых каракулей Станет белее новых: как очистить маркерную доску от старых каракулей

Как избавиться от разводов на маркерной доске и вернуть ей прежний вид?

ТехИнсайдер
Яхонтовый интерес Яхонтовый интерес

История синего сапфира насчитывает в России не одно столетие

Grazia
Рене Зеллвегер. В поисках счастья Рене Зеллвегер. В поисках счастья

Хелен Филдинг решила на этот раз не фантазировать, а списать с жизни самой Рене?

Караван историй
Люся Чеботина: «Люблю вызовы и эксперименты» Люся Чеботина: «Люблю вызовы и эксперименты»

Люся Чеботина о весне, вдохновении и любви

Лиза
Открыть в приложении