Спутники Юпитера

Семейство спутников Юпитера является наиболее многочисленным в нашей солнечной системе, а изучению его можно было бы посвятить целую жизнь. Все динамические проблемы солнечной системы в целом воспроизведены здесь в уменьшенном масштабе (рис. 103). Из одиннадцати спутников, открытых до сих пор, четыре самых больших (Они были бы видимы невооружённым глазом, если бы их не затмевал блеск Юпитера)) превосходят своим блеском следующий по размеру спутник в тысячу раз, а самый слабый из спутников - в сто тысяч раз. Галилей открыл четыре спутника Юпитера в январе 1610 г., вскоре после того, как он сконструировал свой первый телескоп; поэтому эти четыре спутника называются галилеевыми. Они движутся по небольшим орбитам, наименьшая из которых равна орбите Луны, а наибольшая - превосходит её в пять раз. Однако благодаря тому, что Юпитер обладает огромной массой, периоды обращения этих спутников гораздо короче периода обращения Луны; они составляют всего от одного до шестнадцати дней. Из слабых спутников пятый, открытый Барнардом в 1892 г., имеет период несколько меньше суток, все же прочие спутники обладают более длинными периодами; самый далёкий из них затрачивает на своё обращение вокруг Юпитера несколько больше двух лет.

Рис. 103. Орбиты спутников Юпитера. Четыре галилеевых спутника и спутник I занимают маленькие центральные орбиты. Стрелки указывают направление движения. Маленькие кружки обозначают пересечения плоскостей орбит с плоскостью эклиптики. Орбиты спутников не пересекаются друг с другом благодаря различию наклонов

Наиболее слабые спутники (IX, X и XI) могут быть сфотографированы только с помощью сильных телескопов; все они были открыты Никольсоном. Два спутника имеют вид еле различимых белых пятнышек на рис. 104. Поскольку спутники движутся на небе, а для фотографирования необходимы длинные экспозиции, то телескоп устанавливают таким образом, чтобы он мог следовать за спутниками в их движении, в результате чего на пластинке получаются следы изображений звёзд.

Рис. 104. X и XI спутники Юпитера

Восьмой, девятый и одиннадцатый спутники представляют особый интерес, так как они движутся по своим орбитам в направлении, противоположном движению всех остальных небесных тел (за исключением комет), находящихся внутри орбиты Юпитера. Сам Юпитер вращается вокруг оси, которая практически перпендикулярна к плоскости эклиптики. Упомянутое выше отклонение движения трёх спутников от общего правила требует специального объяснения. Было высказано предположение, что эти спутники были когда-то астероидами, которые случайно оказались вблизи Юпитера, как раз в таком положении, что могли быть захвачены притяжением этой огромной планеты. Теоретическая стабильность их современных орбит является некоторым критерием возможности такого захвата. Правда, восьмой спутник обращается так далеко от Юпитера, что иногда его положение является весьма неустойчивым вследствие притяжения Солнца, но обратное движение всех трёх спутников является, повидимому, достаточной гарантией против их ухода из системы Юпитера. Согласно последним теориям, астероидное происхождение спутников является мало вероятным.

Три из галилеевых спутников похожи на Луну по размерам, массе и плотности; они, как и Луна, должны состоять, главным образом, из камня. Четвёртый спутник, Каллисто, обладает плотностью, равной 0,6 плотности воды. Он может состоять из тех же веществ, что и внешние слои Юпитера, возможно из водорода, входящего в состав аммиака и воды, причём оба эти вещества находятся в замёрзшем состоянии. В одном отношении все эти спутники отличаются, от Луны: они являются превосходными отражателями солнечного света. Поэтому их поверхности должны иметь совершенно другой характер, чем поверхность Луны; возможно, что они покрыты замёрзшими газами, которые давно испарились бы и улетели, если бы они когда-либо существовали на Луне. Относительно самых слабых спутников мы знаем очень мало: только то, что они очень малы; самые далёкие спутники имеют лишь несколько десятков километров в диаметре.

Галилеевы спутники позволили сделать большой вклад в физику. Олаф Рёмер, наблюдая затмения спутников Юпитера, открыл, что промежутки времени между затмениями были больше, когда Земля удалялась от Юпитера, чем тогда, когда Земля приближалась к нему. В 1675 г. Рёмер пришёл к заключению что наблюдаемые изменения периодов объясняются конечной величиной скорости света; до этого считалось, что свет распространяется мгновенно. Когда Земля удаляется от Юпитера, свет должен пройти большее расстояние.за время между затмениями, когда же Земля приближается к Юпитеру, - путь уменьшается. Таким образом Юпитер и его спутники не только способствовали развитию астрономии, но и сослужили большую службу всей физической науке в целом.