Система Юпитера: Ганимед и Каллисто
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.
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.