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

Пятиконечно все сбудется! Пятиконечно все сбудется!

Пять героических явлений, процессов и слов 2023 года

Деньги
Из Москвы в Питер на деньги синдиката Из Москвы в Питер на деньги синдиката

Как устроен механизм финансирования ВСМ Москва — Санкт-Петербург

Монокль
Чайная дорога России Чайная дорога России

Где проходил когда-то Великий чайный путь и шли караваны лошадей и верблюдов

Знание – сила
Святая вода из Эфиопии вызвала семь случаев устойчивой холеры в Европе Святая вода из Эфиопии вызвала семь случаев устойчивой холеры в Европе

Вспышка холеры в Европе: во всем виновата святая вода из Эфиопии

N+1
Добавь изюминку Добавь изюминку

Как быстро и бюджетно преобразить дачный интерьер

Лиза
На высшей точке На высшей точке

В чем причины холодности женщины и как сделать наслаждение ярким

Лиза
«Это ведь не считается!»: 3 неочевидных признака эмоциональной неверности, которые опасно игнорировать «Это ведь не считается!»: 3 неочевидных признака эмоциональной неверности, которые опасно игнорировать

Как понять, что вы вот-вот измените, пусть и не в стандартном понимании?

Psychologies
Семь бед — одно вранье Семь бед — одно вранье

Почему барон Мюнхгаузен нужен во все эпохи

Weekend
История 6 соток История 6 соток

Когда появилось такое явление, как дача? Кого можно считать первым дачником?

Лиза
Лидеры немного замедлились Лидеры немного замедлились

Топ-25 игроков увеличили выпуск комбикормов на 2,8%

Агроинвестор
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
Лошади стали прекрасными бегунами из-за генетической ошибки Лошади стали прекрасными бегунами из-за генетической ошибки

Мутация, из-за которой лошади должны были вымереть, но стали отличными бегунами

ТехИнсайдер
Ботаники описали новый вид паразитирующих на грибах «волшебных фонариков» с Малайского полуострова Ботаники описали новый вид паразитирующих на грибах «волшебных фонариков» с Малайского полуострова

Как на востоке Малайского полуострова новый вид тисмий

N+1
Мифы о щитовидке Мифы о щитовидке

Все ли, что мы знаем о щитовидной железе, соответствует действительности?

Лиза
8 самых грустных фильмов про собак 8 самых грустных фильмов про собак

Эти фильмы про собак точно тронут вас за душу

Maxim
Учимся понимать наши растения Учимся понимать наши растения

Легко прочитать, как именно надо ухаживать за цветком, но почему именно так?

Наука и жизнь
Прекрасная эпоха Прекрасная эпоха

Премьерный балет «Две Анны» – посвящение двум великим женщинам Серебряного века

Grazia
Кто такая пикми: разбираем феномен пикми-герл с психологами Кто такая пикми: разбираем феномен пикми-герл с психологами

Что стоит за пикми-поведением?

РБК
Давай поженимся! Разбираемся, как подтолкнуть любимого к разговору на эту тему Давай поженимся! Разбираемся, как подтолкнуть любимого к разговору на эту тему

Вы уже вместе не один год, а предложения руки и сердца не поступало. Что делать?

Лиза
«Спонсоров важно вовлекать в процесс» «Спонсоров важно вовлекать в процесс»

Татьяна Кочарян о спонсорских доходах и работе со зрителями баскетбола

Ведомости
Губернатор Московской области Андрей Воробьев: Нас часто сравнивают с нашей столицей Губернатор Московской области Андрей Воробьев: Нас часто сравнивают с нашей столицей

Глава Подмосковья об управлении регионом с помощью цифры и конкуренции с Москвой

Ведомости
Ход слоном Ход слоном

Почему та или иная страна становится передовой, а потом вдруг отстающей?

ТехИнсайдер
Пасха пришла! Пасха пришла!

Как правильно украсить дом и стол к главному христианскому празднику

Лиза
Петр Ануров: Это волнующе и рискованно Петр Ануров: Это волнующе и рискованно

Как продюсер Петр Ануров выбирает проекты и собирает звёздные составы

Ведомости
«Ночные кошмары: Нарушения сна и как мы с ними живем наяву» «Ночные кошмары: Нарушения сна и как мы с ними живем наяву»

Что науке известно о галлюцинациях, связанных со сном

N+1
Бессвязные дороги Бессвязные дороги

Как обеспечить автодороги сотовой связью без переплат

Ведомости
Книга на выходные: как ChatGPT стал самым эффективным копирайтером «Зерокодера» Книга на выходные: как ChatGPT стал самым эффективным копирайтером «Зерокодера»

Отрывок из книги «Искусственный интеллект: путь к новому миру»

Inc.
Семнадцать мгновений Победы Семнадцать мгновений Победы

Лиознова сняла не просто ленту, а культовую, всенародно любимую картину

Коллекция. Караван историй
Древние города Древние города

Что посмотреть в поселениях России, которым более тысячи лет

Лиза
Сверхурочная экономика Сверхурочная экономика

Власти и работодатели концептуально договорились об изменении Трудового кодекса

Ведомости
Открыть в приложении