На какой планете есть вулканы и какие вулканы есть в солнечной системе?

Астрофизики уверены — вулканическая активность способствует появлению жизни. Ведь именно вулканы внесли существенный вклад в формирование земной атмосферы, выбросив значительное количество углекислого газа и водяного пара. В Солнечной системе только четыре небесных тела — Земля, Ио, Тритон и Энцелад — считаются вулканически активными, другие демонстрируют свидетельства активности в прошлом. Мы подобрали восемь самых интересных мест в Солнечной системе, подходящих на роль колыбели цивилизации.

Считается, что извержения вулканов на Красной планете давно прекратились. Но последние данные показывают, что они могут возобновиться в любой момент. Судя по сотрясениям марсианской коры, в ней есть очаги жидкой магмы. Naked Science разбирался, насколько надежны эти свидетельства.

Прошлое всех скалистых миров Солнечной системы было горячим. Меркурий, Венера, Земля и Марс изобилуют следами древних извержений. Но здесь ключевое слово — «древних». Из всех планет активные вулканы известны только на Земле. Оговорка «планет» важна, поскольку вообще-то самое вулканически активное тело Солнечной системы — спутник Юпитера Ио.

Правда, если мы не видели действующих вулканов, то это еще не значит, что их нет. Никакая планета, кроме Земли, не изучена вулканологами как следует. Есть, например, косвенные свидетельства, что огнедышащие горы могут быть на Венере. Но застать их за извержением трудно хотя бы потому, что поверхность этой планеты всегда закрыта плотными облаками. Изучать Марс проще, он хотя бы с орбиты хорошо виден. Но о вулканологической станции «Фарсида-1» Марсианского отделения РАН приходится только мечтать (Тарсис, он же Фарсида — огромное вулканическое нагорье на Марсе. — прим.ред.). Всего четыре года назад (в 2018-м) на Красной планете благодаря зонду InSight заработал первый приличный сейсмограф. Он-то и принес интригующие данные, о которых мы поговорим ниже. Но для начала расскажем, чем марсианские вулканы отличаются от земных и откуда они вообще берутся.

Вулканов на Земле много. Они очень разные по видам. Но суть у них одна — извергаются с выделением огненной лавы или выбрасывают из недр грязь. Считалось длительное время, что иных вулканов в Солнечной системе не может быть. Споры приобрели более яростный характер после полетов космических аппаратов к Марсу и Венере.

На Красной планете были обнаружены гигантские вулканы. Скажем, вулкан Олимп в высоту превышает 21 км. В Книге рекордов Гиннесса он был отнесен к разряду самых больших вулканов Солнечной системы. И это при том, что Марс гораздо меньше Земли по размерам и вулканические процессы там, казалось бы, давно остались в прошлом. Однако иногда над вершинами марсианских вулканов появляются странные «облака». Поскольку атмосфера у планеты очень тонкая, удивительно то, что «облака» не оседают и долго держатся в стратосфере, вызывая глобальные по масштабам бури.

Вулкан Олимп на Марсе — самая высокая гора Солнечной системы. Фото межпланетного зонда «Марс Экспресс»

Можно предположить, что якобы мертвые марсианские вулканы на самом деле еще действуют и извергают из недр нечто непонятное. Но тогда какого типа это вулканы? С земными аналогами их не сравнить.

Еще более загадочным оказался вулканизм на Венере. Плотные облака на ней не позволяют увидеть детали даже в очень мощные телескопы. Зондирование Венеры с помощью радиоволн дало возможность обнаружить на ней горы.

На поверхности планеты много вулканов. Сама поверхность по составу похожа на горячую лаву с россыпями камней. Самый крупный вулкан имеет диаметр около 600 км. В высоту он превышает 11 км. Но слишком плотная атмосфера и сильнейший постоянный разогрев недр привели к образованию вулканов, которые больше нигде в Солнечной системе не встречаются. Фактически это огромные вспученные площади с несколькими кольцами гор внутри. Ученым пришлось придумать особые названия для таких вулканов.

Гора Маат — высочайший вулкан Венеры. Трёхмерная модель, растянутая по вертикали в 22,5 раза. На самом деле сам вулкан тёмно-серый, а небо — зеленовато-жёлтое

Но самое удивительное произошло дальше. Вулканы были обнаружены и на ряде спутников планет Солнечной системы. Первую загадку задал Ио — спутник планеты Юпитер. Во время фотографирования на Ио насчитали 12 действующих вулканов. Газовые выбросы от них поднимались на высоту более 300 км. Вся поверхность спутника покрыта толстым слоем серы, цвет которой постоянно меняется от белого до желтого и коричневого. Невероятная вулканическая активность объясняется близостью Ио к Юпитеру и мощным действием приливных сил. Газовый гигант буквально «раздирает» спутник, и в будущем он исчезнет. К какому типу отнести вулканы Ио, извергающие диоксид серы? Если есть ад, то, похоже, он находится там.

Извержение вулкана на Ио (снимок Галилео)

На Энцеладе (спутник Сатурна) были обнаружены еще более фантастические вулканы. Впервые ученые предположили бурную геологическую активность Энцелада в 2005 году во время полета космического аппарата «Cassini». В 2014 году были получены убедительные свидетельства о том, что на Энцеладе есть океан, накрытый льдом. На его поверхности удалось заметить подледную вулканическую активность. Но поскольку спутник очень холодный, вулканы извергают не огненную лаву, а воду в смеси со льдом и газами. Все это тут же замерзает, создавая над вулканами огромные купола.

Спектрозональный снимок «Кассини» — водяной пар в южном полушарии Энцелада

Явление получило название криовулканизма, то есть извержения в условиях очень низких температур. Вулканы Энцелада можно условно сравнить с гейзерами на Земле. Но при этом надо уточнить, что земные термальные гейзеры извергают перегретую воду и пар, а на Энцеладе из недр извергается переохлажденная вода в смеси со льдом и газами.

Криовулканизм обнаружен и на Титане — другом спутнике Сатурна. На Титане вулканы извергают жидкий метан, который в атмосфере спутника тут же становится метановым льдом.

Криовулканизм есть и на Тритоне — спутнике Нептуна. При извержениях на поверхность спутника выбрасывается азотистый лед с примесью метана.

Снимок Тритона, сделанный «Вояджером-2» в 1989 году. Тёмные струи — следы извержений криовулканов

Вулканизм обнаружен и на спутниках Урана — Ариэле, Обероне, Титании и Умбриэле.

Не исключено, что вулканы имеются на других планетах и их спутниках и за пределами Солнечной системы. При этом они могут быть тоже фантастическими по своим извержениям.

Трещина в теории

В 2021 году в журнале Icarus вышла любопытная статья. Астрономы обнаружили нечто очень похожее на свежие вулканические отложения на снимках с аппарата Mars Reconnaissance Orbiter. Это темное пятно вокруг одной из так называемых борозд Цербера — глубоких трещин в коре Марса. Пятно почти симметричное и вытянуто не в направлении господствующих ветров. Так что его происхождение трудно приписать капризам Эола. Отложения имеют большую теплоемкость: медленно нагреваются и столь же медленно остывают. В сочетании с цветом это заставляет подозревать, что они состоят из вулканического минерала пироксена.

Похожие структуры не раз обнаруживались на Луне и Меркурии и обычно считались вулканическими. Но, в отличие от своих двойников на других небесных телах, марсианское пятно очень молодо. Ему от 50 до 200 тысячелетий. Даже на Земле с ее подвижными плитами вулканы такого возраста могут быть действующими, а уж на Марсе и подавно.

Гора Олимп, Марс

Потухший два миллиона лет назад вулкан на Марсе, расположенный в провинции Фарсида, что в районе экватора планеты, — высочайшая как по абсолютной, так и по относительной высоте гора Солнечной системы. Только сядьте — высота Олимпа составляет 26 километров от основания! Это три поставленных друг на друга Эвереста. Диаметр Олимпа — около 540 километров. Вулкан имеет крутые склоны по краям высотой до 7 километров, причины образования которых пока не нашли убедительного объяснения. Многие склоняются к версии подмыва склонов вулкана некогда существовавшим на Марсе океаном.

Неземное долголетие

Земные вулканы часто живут тысячи лет, иногда — сотни тысячелетий. Но не миллионы лет. Движение тектонических плит не позволит магматическому очагу долго существовать на одном месте. Оно сдвинет очаг с грелки мантийного плюма или сместит точку притока воды в мантию.

Но на Марсе, как считают ученые, нет подвижных литосферных плит. И, скорее всего, никогда не было. Поэтому магматические очаги могут быть чрезвычайно долговечными. Метеориты марсианского происхождения показывают, что один и тот же вулкан мог время от времени просыпаться в течение без малого ста миллионов лет! И при каждом извержении выбрасывать новые массы лавы и пепла.

Прибавив к этому низкую силу тяжести (38% земной), мы поймем, почему самые высокие вулканы в Солнечной системе именно на Марсе. Самый грандиозный из них — Олимп. Эту громадину с диаметром основания 540 километров трудно даже назвать горой. Ее невозможно полностью увидеть с поверхности: большая часть Олимпа всегда будет скрыта за горизонтом. Высота этого колосса превышает 21 километр, если считать от подножия. А над условным местным «уровнем моря» гигант возвышается более чем на 24 километра! Другие марсианские вулканы не столь грандиозны, как Олимп, но тоже впечатляют.

Однако все следы марсианских извержений очень древние. Самые молодые из них старше двух миллионов лет. Откуда мы знаем их возраст? Благодаря подсчету метеоритных кратеров. Специалисты знают (по крайней мере, в теории), как часто на Красную планету падают метеориты того или иного размера. Поскольку эрозия на Марсе слабая, кратеры почти не разрушаются. Если на каком-то участке поверхности их мало и они мелкие — значит, этот участок молод. Метод не очень точный, зато удобный.

До недавнего времени не было никаких свидетельств, что на Марсе есть действующие вулканы. Более того, казалось наиболее вероятным, что их как раз нет. Все планеты постепенно остывают, растрачивая внутреннее тепло. На Марсе, который меньше Земли по массе почти в десять раз, этот процесс зашел очень далеко. А там, где мало подземного тепла, трудно ожидать плавления мантии.

Кстати, многие эксперты считают, что многочисленные глубокие трещины в коре планеты — как раз следствие остывания. Планета уменьшается в объеме, съеживается, и ее кора трескается.

Но последние данные заставляют усомниться как в «сдержанном, нордическом» нраве Марса, так и в происхождении трещин.

Райт Монс и Пиккар Монс, Плутон

С тех пор, как в 2015 году космический аппарат NASA New Horizon пролетел мимо Плутона, ученые усердно анализируют изображения карликовой планеты. По видимому, эта теперь уже бывшая планета — самое далекое место в Солнечной системе, где есть вулканы. Многие ученые считают, что на изображении, снятом в южном полушарии Плутона, запечатлены криовулканы. Обе вершины имеют несколько километров в высоту и как минимум 100 километров в диаметре, а по форме они напоминают вулканы на Гавайских островах. И если эта гипотеза подтвердится, то Райт Монс станет самым большим известным вулканом во внешней Солнечной системе.

Мауна-Кеа, Земля

Гавайским бывает не только салат или венок, но и вулкан. Да не простой, а самый высокий на Земле — 4 205 метров над уровнем моря. Если измерять высоту этой горы от основания (так называемая относительная высота), то Мануа-Кеа перевалит за отметку в 10 000 метров Это один из пяти вулканов своего острова, последнее его извержение было около 4,5 тысяч лет назад. А еще это одно из лучших мест в мире для астрономических наблюдений. С момента создания дороги в 1964 году на вершине вулкана были построены 13 телескопов.

Патера Локи, Ио

Крупнейшая вулканическая впадина на спутнике Юпитера Ио, диаметром 250 километров названа по имени Локи — бога хитрости и обмана. Впервые вулкан был замечен Voyager 1 в 1979 году и с тех пор очаровывает ученых. Такие ионизированные лавовые озера частично заполненны расплавленной лавой, которая покрыта тонкой затвердевшей коркой. Эти озера напрямую сообщаются с резервуаром магмы прямо под ними. Во время извержений Локи может излучать в десять раз больше тепла, чем когда корка впадины стабильна. Вулкан извергается через равные промежутки времени, примерно каждые 540 земных дней, его последнее извержение было в мае 2018 года.

Криовулканы Тритона

На этих нечетких изображениях, снятых снятых аппаратом Voyager 2 в 1989 году, изображен шлейф высотой около восьми километров активного криовулкана на спутнике Нептуна Тритоне. Азот, пробиваясь сквозь отверстия во льду, выносит пылевые частицы в атмосферу планеты, откуда они, снижаясь, могут распространяться шлейфами на расстояния до 150 километров. Все они тянутся в западном направлении, что говорит о существовании преобладающего ветра. Источники энергии и механизм действия этих выбросов ещё непонятны, но то, что они наблюдаются в широтах, над которыми Солнце находится в зените, позволяет предположить влияние солнечного света.

Криовулканы Энцелада

Эти замороженные объекты на поверхности спутника Сатурна не давали покоя ученым с тех пор, как их впервые обнаружили в 2005 году. Считается, что криовулканы на поверхности Энцелада распыляют струи водяного пара, льда и таинственной смеси газов прямиком в космос. Этот путник Сатурна небольшой, всего-то около 500 километров в диаметре, но геологически активный. Энцелад одно из трех небесных тел во внешней Солнечной системе (наряду со спутником Юпитера Ио и спутником Нептуна Тритоном), на которых наблюдались активные извержения. Анализ выбросов указывает на то, что они выбиваются из подповерхностного жидкого водного океана. В 2018 года ученые заявили об обнаружении сложных органических макромолекул в собранных космическим аппаратом «Кассини» образцах из струйного шлейфа Энцелада.

Гора Маат, Венера

Самый высокий венерианский вулкан и вторая по высоте возвышенность планеты. От среднего уровня поверхности планеты до макушки горы Маат — 8,8 километров. Его радарный снимок был получен в 1991 году космическим кораблем Magellan NASA. Покрытый пятнами темной лавы, вулканический щит по праву считается лучшей достопримечательностью горячей планеты. Есть предположение, что именно извержение горы Маат стало причиной сильных колебаний концентрации диоксида серы и метана в нижней и средней части атмосферы Венеры, обнаруженных зондами «Пионер-Венера-1» и «Пионер-Венера-2» в 1980-х годах.

Откуда берутся вулканы

Две сотни лет назад натуралисты думали, что Земля внутри жидкая. Получалось, что тонкая твердая кора отделяет нас от океана жидкой магмы. А вулканические жерла — да это просто дырки в коре. Это представление перекочевало в массовую культуру и по сей день сбивает людей с толку. На самом деле с вулканами дело обстоит совсем не так просто. А точнее: во-первых, совсем не просто, и во-вторых, всё совсем не так.

Мантия планеты (не только нашей) хоть и горячая, но твердая, а вовсе не жидкая (температура верхней мантии Земли, например — около 1300 – 1500 С). Да, она подвижна, но скорость мантийных потоков — считанные сантиметры, а то и миллиметры, в год. Примерно теми же темпами могут «течь» бетонные опоры плохо построенного моста.

Чтобы образовалась магма, твердое вещество мантии (или коры) должно расплавиться. Магма, кстати, тоже не совсем жидкость. Это смесь жидкого расплава, кристаллов и газов. Ее можно сравнить с газированной манной кашей. Вулканическая лава — это магма, излившаяся на поверхность. Под каждым действующим вулканом есть резервуар магмы — магматический очаг.

Как расплавить вещество верхней мантии? Очевидный способ: нагреть его выше температуры плавления. С этим хорошо справится восходящий поток вещества из нижней мантии, а то и от самой границы ядра — мантийный плюм. Нижняя мантия горячее верхней, поэтому «пришелец» несет с собой дополнительное тепло, плавящее окружающие породы. Считается, что такой плюм греет очаги гавайских вулканов.

Еще можно не искать дополнительное тепло, а просто понизить его температуру плавления, чтобы оно расплавилось и при своей обычной температуре. К этому, в свою очередь, есть два пути. Первый — понизить давление на вещество. Когда глубинные массы мантии поднимаются к поверхности, где давление меньше, они плавятся. Так образуется магма под вулканами срединно-океанических хребтов, в месте мощных восходящих потоков мантийного вещества. Второй путь — вспомнить древний рекламный слоган и «просто добавить воды». Смесь мантийного вещества с водой плавится при температуре, при которой сухая мантия осталась бы твердой. Поэтому и существует Тихоокеанское огненное кольцо по краям Тихоокеанской литосферной плиты, где насыщенные водой породы морского дна погружаются в мантию.

Ледяной вулкан на Плутоне оказался одним из самых больших в Солнечной системе

Марсианская гора Олимп – самый большой вулкан Солнечной системы – достигает 624 км в диаметре и 25 км в высоту. Плутонианская гора Райт, названная в честь пионеров авиации братьев Уилбура и Орвилла Райт, не столь велика: диаметр ее достигает 150 км, а высота – 4 км. Но она может оказаться самым большим вулканом в дальних областях Солнечной системы.

Снимок сделан космическим зондом New Horizons еще 14 июля 2015 года во время пролета близ карликовой планеты, когда бортовая камера LORRI сфотографировала Плутон с расстояния около 48 тыс. км с разрешением до 450 м на пиксель. Дополнительные данные предоставил снимок мультиспектральной камеры MVIC, сделанный с дистанции около 34 тыс. км.

Находящийся на огромном расстоянии от Земли аппарат New Horizons вынужден передавать собранные данные постепенно, небольшими порциями. Еще какое-то время занимает их обработка и анализ. И хотя его эпохальные пролеты около Плутона состоялись много месяцев назад, астрономы продолжают регулярно получать новую информацию об этом «дальнем форпосте» Солнечной системы.

Так, на снимках LORRI и MVIC у горы Райт удалось рассмотреть структуры, характерные именно для вулканов – речь, разумеется, идет не о тех огненных горах, к которым мы привыкли на Земле, а о криовулканах, медленно извергающих потоки льда вперемежку с замерзшими породами. Например, малое количество ударных кратеров в окрестностях горы Райт говорит о том, что местность эта по геологическим меркам довольно молодая и сформировалась не раньше нескольких миллионов лет назад (возможно, именно в результате активности вулкана). Имеются и другие сходства горы с известными криовулканами на Плутоне.

«Пока что мы не можем во всеуслышание твердо сказать, что нашли на Плутоне именно вулканы, – говорит планетолог из NASA Джефф Мур (Jeff Moore). – Но они выглядят очень подозрительно, и мы изучаем их очень внимательно». Интересно, что если подозрения о наличии на карликовой планете криовулканизма подтвердятся, перед учеными встанет новый вопрос: откуда Плутон берет внутреннюю энергию, необходимую для подпитки этих процессов? Он слишком мал для того, чтобы недра его сохраняли тепло, к тому же в окрестностях нет планет-гигантов, которые могли бы подогревать его за счет действия приливных сил.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Сладкая дрожь открытия

Авторы статьи в Icarus сразу же отметили, что именно в районе борозд Цербера находились эпицентры самых сильных марсотрясений, зафиксированных сейсмографом InSight. И вот теперь в журнале Nature Astronomy вышла новая работа. Ученые проанализировали данные о множестве марсотрясений, благо их зафиксировано уже более 1300. Эксперты выделили особый класс сотрясений Марса: низкочастотные. По характеру сигнала они довольно похожи на события, привычные земным сейсмологам. Можно надеяться, что причина таких подземных толчков не в потрескивании сжимающейся коры и не в редких падениях метеоритов, а в геологической активности Марса.

Для 18 из 24 таких низкочастотных сотрясений удалось определить дистанцию между сейсмографом и эпицентром. И она совпала (в пределах погрешности) с расстоянием до борозд Цербера. То есть до того самого места, где нашлись свежие вулканические отложения или что-то очень похожее.

Но и это еще не всё. Судя по скорости сейсмических волн, они прошли через жидкую или почти жидкую среду. Мантия, напомним, твердая. И кора тоже твердая. Что тогда может быть жидким? Магма.

Похоже, под дном как минимум одной из борозд Цербера есть магматический очаг. А если так, то и сама трещина, скорее всего, образовалась в результате вулканической катастрофы, а не постепенного растрескивания остывающей коры. А самое важное в том, что пока магма остается жидкой, она может быть извергнута на поверхность. Марсианский вулкан может проснуться и заявить о себе.

Два независимых свидетельства — снимки с орбиты и сейсмограммы с поверхности — это немало. Но ученые очень серьезно относятся к понятию «установленный факт». Пресс-служба может заставить их сделать громкое заявление для релиза, но в своем кругу они не спешат с выводами, неторопливо и придирчиво накапливая аргументы за и против. Возможно, однажды на Марсе появится целая сеть сейсмографов, приборы измерят поток подземного тепла в разных точках планеты, а образцы пород с краев той самой трещины будут изучены марсоходами, а то и доставлены в земные лаборатории. И тогда можно будет точно сказать, есть ли там магматический очаг. Ну или нам очень повезет, и орбитальные аппараты сфотографируют процесс извержения.

Популярное

Многоножки активно избегают света, стараясь держаться в темноте. Но как они делают это, если не могут видеть вообще ничего? Эксперименты китайских ученых показали, что такую реакцию обеспечивают расположенные в антеннах рецепторы, реагирующие на повышение температуры.

«США устроили землетрясения в Турции с помощью проекта HAARP» — что наука об этом думает?

За секунды до сильных толчков в Турции многие видели короткие вспышки — что-то вроде локального северного сияния. Местное население считает, что это следы применения «сейсмического оружия». Но реально ли с научной точки зрения вызвать землетрясение современными техническими средствами — что в Турции, что в Йеллоустоуне, что любом другом месте? И не связаны ли загадочные вспышки с чем-то совсем иным? Naked Science попробует разобраться в этом вопросе.

Взгляд в парадоксальную область

Керамика? Пробивает броню? Это неожиданно, но лишь на первый взгляд. Керамические бронебойные сердечники работают давно и уверенно, прошли долгий путь эволюции и продолжают развиваться. Действие керамики в броне эффективно и интересно. Naked Science рассказывает о «броневой керамике» подробнее.

Астрономам разрешили «стрелять» лазером по спутникам Starlink

Пока фанаты SpaceX увлеченно следят за достижениями компании, астрономы грустно наблюдают, как их работа становится сложнее с каждым запуском спутников Starlink. Прогресс не проходит без жертв. Поэтому различные научные ассоциации ищут способы снизить негативное влияние множества новых рукотворных объектов в околоземном пространстве на качество данных, получаемых телескопами. Некоторые решения со стороны выглядят экстремальными — например, теперь лазеры для корректировки адаптивной оптики можно не выключать, если в поле зрения есть спутник Starlink. А это десятки ватт излучения!

В НИУ ВШЭ выяснили, что факторы, влияющие на тягу к алкоголю, закладываются еще до совершеннолетия

Изучая потребление алкоголя, экономисты и социологи обычно связывают его с условиями жизни людей и их человеческим капиталом: образованием, опытом работы, знаниями. Ученые из Лаборатории исследований рынка труда и Лаборатории экономико-социологических исследований НИУ ВШЭ обратили внимание на некогнитивные навыки, формирующиеся в детстве и подростковом возрасте, и выяснили, что эти качества во многом определяют вероятность злоупотребления спиртным и сокращают степень влияния образования.

Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Гора Дум, Титан

На самом крупном спутнике Сатурна, в темной местности Ацтлан находится одна из высочайших известных гор Титана, предположительно криовулкан. Да-да, это не опечатка: вместо расплавленных скальных пород с высоты 1 450 метров извергается вода, аммиак, метан как в жидком, так и в газообразном состояниях. На других небесных телах такое часто встречается. Интересно, что гора-вулкан Дум соседствует с самой глубокой известной впадиной Титана — патерой Сотра, которую считают кратером вулкана, — глубиной около 1 700 метров. Эта парочка, пожалуй, самое захватывающее геологическое образование во всей Солнечной системе.