ดาวบริวาร ยูโรปา

2152 (ค.ศ. 1610) โดย กาลิเลโอ กาลิเลอี (เชื่อว่าในเวลาเดียวกันนั้น ไซมอน มาริอุส ก็ค้นพบด้วยเช่นเดียวกัน) ชื่อของดาวมาจากนางกษัตริย์ในตำนานปกรณัมกรีกคือยูโรปา (กรีกโบราณ: Εὐρώπη) ผู้ได้แต่งงานกับเทพซูสและได้เป็นราชินีแห่งครีต ยูโรปาเป็นดาวบริวารดวงเล็กที่สุดในบรรดาดวงจันทร์ของกาลิเลโอ‎ทั้ง 4 ดวง

ยูโรปา

ภาพดาวบริวารยูโรปาซีกด้านหลังทิศทางโคจร สีตามธรรมชาติ (โดยประมาณ) ถ่ายจากยานกาลิเลโอ เมื่อวันที่ 7 กันยายน พ.ศ. 2539
การค้นพบ
ค้นพบโดย:	กาลิเลโอ กาลิเลอี ไซมอน มาริอุส
ค้นพบเมื่อ:	8 มกราคม พ.ศ. 2152 อาจจะเป็นชื่อทวีปยุโรปที่มีชื่อที่คล้ายเคียงกัน
ชื่ออื่น ๆ:	Jupiter II
ลักษณะของวงโคจร
ต้นยุคอ้างอิง 8 มกราคม พ.ศ. 2547
ระยะจุดใกล้ศูนย์กลางวงโคจรที่สุด:	664 862 กม.
ระยะจุดไกลศูนย์กลางวงโคจรที่สุด:	676 938 กม.
รัศมีวงโคจรเฉลี่ย:	670 900 กม.
ความเยื้องศูนย์กลาง:	0.009
คาบการโคจร:	3.551 181 วัน (บนโลก)
อัตราเร็วเฉลี่ย ในวงโคจร:	13.740 กม./ว.
ความเอียง:	0.470° (กับแนวเส้นศูนย์สูตรของดาวพฤหัสบดี) 1.791° (กับระนาบสุริยวิถี)
ดาวบริวารของ:	ดาวพฤหัสบดี
ลักษณะทางกายภาพ
รัศมีเฉลี่ย:	1560.8±0.5 กม. (0.245 ของรัศมีโลก)
พื้นที่ผิว:	3.09×107 กม.2 (0.061 ของโลก)
ปริมาตร:	1.593×1010 กม.3 (0.015 ของโลก)
มวล:	(4.799844±0.000013)×1022 กก. (0.008 ของโลก)
ความหนาแน่นเฉลี่ย:	3.013±0.005 ก./ซม.3
ความโน้มถ่วง ที่ศูนย์สูตร:	1.314 ม./ว.2 (0.134 ก.)
อัตราส่วนโมเมนต์ความเฉื่อย:	0.346±0.005 (โดยประมาณ)
ความเร็วหลุดพ้น:	2.025 กม./ว.
คาบการหมุน รอบตัวเอง:	คาบหมุนสมวาร
ความเอียงของแกน:	0.1°
อัตราส่วนสะท้อน:	0.67 ± 0.03
อุณหภูมิพื้นผิว:    พื้นผิว	ต่ำสุด เฉลี่ย สูงสุด ≈50 K 102 K 125 K
โชติมาตรปรากฏ:	5.29 (ตำแหน่งตรงข้ามดวงอาทิตย์)
ลักษณะของบรรยากาศ
ความดันบรรยากาศ ที่พื้นผิว:	0.1 µPa (10-12 บาร์)
องค์ประกอบ:	ออกซิเจน

ยูโรปามีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 3,000 กิโลเมตร มีบรรยากาศที่เบาบางประกอบไปด้วยออกซิเจนเป็นส่วนใหญ่ พื้นผิวที่เป็นน้ำแข็งและมีความเรียบมากนี้ประกอบไปด้วยรอยแตกและเส้นริ้วบาง ๆ โดยมีหลุมอุกกาบาตอยู่เพียงเล็กน้อยเท่านั้น พื้นผิวที่เรียบและดูใหม่นี้เองที่ทำให้เกิดสมมติฐานว่า มีมหาสมุทรอยู่ข้างใต้ซึ่งสามารถเป็นแหล่งที่อยู่ของสิ่งมีชีวิตต่างดาวได้ โดยสมมติฐานนี้เสนอว่าแรงดึงดูดที่มีมากของดาวพฤหัสบดีสร้างความร้อนให้กับยูโรปา

ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2556 นาซาได้รายงานการตรวจพบแร่ธาตุที่คล้ายกับดิน (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ฟิลโลซิลิเกต) ซึ่งปะปนอยู่กับอินทรียวัตถุบนเปลือกน้ำแข็งของยูโรปา นอกจากนี้กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลยังตรวจพบพลูมไอน้ำคล้ายกับพลูมที่ตรวจพบในเอนเซลาดัส ดาวบริวารของดาวเสาร์

ปฏิบัติการของยานสำรวจกาลิเลโอได้ส่งข้อมูลของยูโรปากลับมาเป็นจำนวนมาก ถึงแม้ว่าปัจจุบันยังไม่มียานอวกาศลำใดที่ลงสำรวจในดาวบริวารดวงนี้ แต่ลักษณะพิเศษที่น่าสนใจของยูโรปาก็ทำให้มันเป็นเป้าหมายของปฏิบัติการอันทะเยอทะยานหลายปฏิบัติการ ปฏิบัติการสำรวจดวงจันทร์น้ำแข็งดาวพฤหัส (JUICE) ขององค์การอวกาศยุโรปนั้นมีกำหนดการในปี พ.ศ. 2565 ส่วนนาซาก็ได้วางแผนส่งหุ่นยนต์ปฏิบัติการบนยูโรปาราวกลางคริสต์ทศวรรษที่ 2020

ยูโรปาและดวงบริวารที่ใหญ่ที่สุดของดาวพฤหัสบดีอีกสามดวงได้แก่ ไอโอ แกนีมีด และ คาลลิสโต ถูกค้นพบในวันที่ 8 มกราคม พ.ศ. 2152 (ค.ศ. 1610) โดยกาลิเลโอ กาลิเลอี และไซมอน มาริอุส ยูโรปาถูกตั้งชื่อตามสตรีชนชั้นสูงชาวฟินิเชียในเทพปกรณัมกรีกชื่อ ยูโรปา ผู้เป็นราชินีของครีตและถูกซูสเกี้ยวพาราสี

กาลิเลโอค้นพบยูโรปาและดวงจันทร์กาลิเลี่ยนดวงอื่นครั้งแรกโดยใช้กล้องโทรทรรศน์หักเหแสงกำลังขยาย 20 เท่าที่มหาวิทยาลัยปาโดวาในวันที่ 7 มกราคม อย่างไรก็ตามกาลิเลโอยังไม่สามารถแยกไอโอกับยูโรปาได้เนื่องจากประสิทธิภาพของกล้องต่ำเกินไป ดาวบริวารทั้งสองจึงถูกบันทึกเป็นจุดแสงจุดหนึ่งเท่านั้น ไอโอกับยูโรปาถูกค้นพบว่าเป็นคนละดวงได้ในวันต่อมา

ยูโรปาถูกตั้งชื่อตามคนรักของซูสเหมือนกับดวงจันทร์แกลิเลี่ยนดวงอื่น ซึ่งในที่นี้คนรักนั้นคือ ยูโรปา ลูกสาวของกษัตริย์แห่งไทร์ โดยผู้ที่เสนอหลักการตั้งชื่อนี้คือ ไซมอน มาริอุส ที่เชื่อว่าน่าจะค้นพบดาวบริวารกาลิเลี่ยนทั้งสี่ด้วยเช่นกัน (แม้ว่ากาลิเลโอจะกล่าวหาว่าไซมอนเลียนแบบเขา) มาริอุสได้เสนอหลักการตั้งชื่อนี้ให้กับ โยฮันเนส เคปเลอร์

ในบทเรียนดาราศาสตร์ยุคแรก ๆ ยูโรปาถูกเรียกว่าดาวบริวารดวงที่สองของดาวพฤหัสบดี หรือ Jupiter II (ละติน: Iuppiter II, ยูปิเตอร์ เซกูนโด) ส่วนชื่อยูโรปาไม่ได้ถูกพูดถึงโดยทั่วไปจนกระทั่งกลางคริสต์ศตวรรษที่ 20

 

ยูโรปาโคจรรอบดาวพฤหัสบดีโดยใช้เวลาเพียงสามวันครึ่งด้วยรัศมีวงโคจรประมาณ 670,000 กิโลเมตร และมีความเยื้องศูนย์กลางของวงโคจร เพียง 0.009 วงโคจรจึงมีลักษณะค่อนข้างกลม โดยมีความเอียงของวงโคจรอ้างอิงจากระนาบเส้นศูนย์สูตรฟ้าเล็กน้อย คือประมาณ 0.470 องศาเท่านั้น ยูโรปาการหมุนรอบตัวเองแบบสมวาร คือมีคาบการหมุนรอบตัวเองเท่ากับคาบการโคจรรอบดาวพฤหัสบดีเหมือนดาวบริวารกาลิเลียนดวงอื่นๆ ดวงจันทร์ยูโรปาจึงหันหน้าเข้าหาดาวพฤหัสบดีเพียงด้านเดียวเสมอ ทำให้มีจุดๆหนึ่งบนดวงจันทร์ยูโรปาที่สามารถมองเห็นดาวพฤหัสบดี ณ จุดจอมฟ้าพอดี เส้นเมริเดียนที่ลากผ่านจุดๆนี้ถูกกำหนดให้เป็นเส้นเมริเดียนปฐมของดวงจันทร์ยูโรปา อย่างไรก็ตามผลการค้นคว้าได้ระบุว่าการหมุนของดวงจันทร์ยูโรปาอาจไม่ใช่การหมุนสมวาร เพราะดวงจันทร์ยูโรปาหมุนรอบตัวเองเร็วกว่าโคจรรอบดาวพฤหัสบดี ทำให้เกิดการกระจายที่ไม่สมดุลของมวลภายในดวงจันทร์ยูโรปา และการมีน้ำในรูปของเหลวอยู่ระหว่างเปลือกน้ำแข็งและแกนหินข้างใน

วงโคจรที่เบี้ยวไปเล็กน้อยของดวงจันทร์ยูโรปา เกิดจากการรบกวนทางแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์กาลิเลียนดวงอื่น ทำให้จุดที่มองเห็นดาวพฤหัสบดี ณ จุดจอมฟ้าของยูโรปาแกว่งไปเล็กน้อย เมื่อดวงจันทร์ยูโรปาเข้าใกล้ดาวพฤหัสบดี แรงดึงดูดของดาวพฤหัสบดีจะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ยูโรปาขยายตัวในทิศทางเข้าหาและออกจากดาวพฤหัสบดี เมื่อยูโรปาเคลื่อนห่างจากดาวพฤหัสบดี แรงดึงดูดของดาวพฤหัสบดีจะลดลง ทำให้ยูโรปากลับมาอยู่ในสภาพที่เป็นทรงกลมกว่า นอกจากนี้ดวงจันทร์ไอโอที่ส่งอิทธิพลกับความเยื้องศูนย์กลางของวงโคจรของยูโรปาอยู่ตลอดเวลาก็ทำให้เกิดแรงไทดัลขึ้น ทั้งสองปรากฏการณ์นี้ทำให้ภายในยูโรปาเปลี่ยนแปลงและเกิดความร้อน และอาจส่งผลให้มีมหาสมุทรอยู่ในรูปของเหลวได้

นักวิทยาศาสตร์ได้วิเคราะห์รอยแตกบนพื้นผิวน้ำแข็ง อันเป็นเอกลักษณ์ของยูโรปาว่าเกิดจากการที่ดวงจันทร์ดวงนี้เคยหมุนรอบตัวเองตามแกนที่เอียงมาก่อน หากสมมติฐานนี้เป็นจริง แกนที่เคยเอียงนี้จะสามารถอธิบายลักษณะพิเศษต่าง ๆ บนดวงจันทร์ดวงนี้ได้หลายอย่าง เช่น ร่างแหของรอยร้าวขนาดมหึมาบนยูโรปาเป็นร่องรอยของความเค้นของพื้นผิวที่เกิดจากคลื่นขนาดยักษ์ของมหาสมุทรภายในดวงจันทร์ เนื่องจากการเอียงของยูโรปาส่งอิทธิพลต่อการคำนวณและวิเคราะห์ประวัติศาสตร์ในพื้นผิวน้ำแข็ง, ปริมาณความร้อนที่มหาสมุทรภายในสร้างขึ้น หรือแม้กระทั่งระยะเวลาที่มหาสมุทรเป็นของเหลว พื้นผิวของดวงจันทร์จำเป็นต้องยืดออกเพื่อทำให้เกิดสิ่งเหล่านี้ และการเปลี่ยนแปลงของพื้นผิวนี้ก็เป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดรอยแตกนั่นเอง

 

ยูโรปามีขนาดเล็กกว่าดวงจันทร์ของโลกเล็กน้อย คือมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 3,100 กิโลเมตร (1,900 ไมล์) มันเป็นดาวบริวารที่ใหญ่เป็นอันดับที่หกและวัตถุที่ใหญ่เป็นอันดับที่สิบห้าของระบบสุริยะ แม้ว่ายูโรปาจะมีมวลน้อยที่สุดในบรรดาดวงจันทร์กาลิเลี่ยนของดาวพฤหัส แต่ก็มีมวลมากกว่าดาวบริวารอื่น ๆ ในระบบสุริยะที่เล็กกว่ามันรวมกัน ความหนาแน่นของยูโรปาบ่งบอกถึงองค์ประกอบพื้นฐานที่เป็นหินซิลิเกต คล้ายกันกับองค์ประกอบพื้นฐานของดาวเคราะห์ชั้นใน

โครงสร้างภายใน

เชื่อกันว่ายูโรปามีโครงสร้างชั้นนอกที่ประกอบไปด้วยน้ำหนาประมาณ 100 กิโลเมตร (62 ไมล์) โดยที่ด้านบนของชั้นเป็นเปลือกน้ำแข็ง และมีน้ำซึ่งอยู่ในสถานะของเหลวอยู่ข้างใต้ ข้อมูลที่ถูกส่งมาจากยานอวกาศกาลิเลโอเมื่อไม่นานมานี้ระบุว่ายูโรปามีสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำผ่านทางการมีปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสบดี แสดงว่ายูโรปามีโครงสร้างบางอย่างที่นำกระแสไฟฟ้าได้อยู่ใต้เปลือกชั้นนอก ซึ่งเป็นไปได้ว่าจะเป็นมหาสมุทรน้ำเค็ม เปลือกน้ำแข็งส่วนหนึ่งผ่านการหมุนมาแล้วเกือบ 80° โดยประมาณ (เกือบจะเป็นการพลิกกลับหัว) ซึ่งเกิดขึ้นได้ยากหากชั้นน้ำแข็งยึดติดกับชั้นแมนเทิลอย่างแน่นหนา ยูโรปาน่าจะมีแกนกลางเป็นโลหะเหล็ก

ลักษณะพื้นผิว

 

ยูโรปาเป็นหนึ่งในวัตถุที่เรียบที่สุดในระบบสุริยะ เนื่องจากมีลักษณะทางกายภาพขนาดใหญ่เช่นภูเขาหรืออุกกาบาตอยู่ไม่มาก อย่างไรก็ตาม มีทฤษฎีกล่าวว่าบริเวณเส้นศูนย์สูตรของยูโรปานั้นถูกปกคลุมไปด้วยน้ำแข็งที่มีลักษณะแหลมเรียกว่า เพนิเทนเทส (Penitentes) สูงราว 10 เมตร ซึ่งเกิดจากการที่บริเวณดังกล่าวมีดวงอาทิตย์อยู่ในทิศเหนือศีรษะโดยตรง น้ำแข็งจึงละลายในแนวดิ่ง ร่างแหของเส้นที่ตัดกันเป็นเอกลักษณ์ของพื้นผิวของยูโรปาส่วนใหญ่จะเป็นลักษณะแอลบีโด (albedo features) ที่ชี้ให้เห็นถึงภูมิประเทศที่ต่ำ ยูโรปามีหลุมอุกกาบาตอยู่ไม่มากเพราะพื้นผิวของมันค่อนข้างแข็งแรงและยังใหม่อยู่ เปลือกน้ำแข็งของยูโรปาทำให้อัตราส่วนสะท้อนของมันอยู่ที่ 0.64 ทำให้มันเป็นหนึ่งในดาวบริวารที่มีอัตราการสะท้อนแสงมากที่สุดในบรรดาดาวบริวารทั้งหมด ซึ่งน่าจะชี้ให้เห็นได้ถึงพื้นผิวที่ใหม่และมีพลัง โดยพื้นผิวดวงจันทร์ยูโรปามีอายุประมาณ 20 ถึง 180 ล้านปีเมื่อคำนวณจากความถี่ของการถูกดาวหางพุ่งชน อย่างไรก็ตาม ขณะนี้ยังไม่มีคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ ที่สามารถอธิบายถึงลักษณะพื้นผิวของดวงจันทร์ยูโรปาทั้งหมดได้โดยสมบูรณ์

ระดับการแผ่รังสีบนพื้นผิวของยูโรปามีค่าเทียบเท่ากับการได้รับปริมาณรังสี 5,400 มิลลิซีเวอร์ต (540 เรม) ต่อวัน ซึ่งเป็นปริมาณที่สามารถทำให้มนุษย์เกิดอาการเจ็บป่วยร้ายแรงถึงขั้นเสียชีวิตได้ภายในหนึ่งวัน

เส้นบนพื้นผิวดาว

 

 

ลักษณะทางพื้นผิวที่โดดเด่นที่สุดบนยูโรปาคือ ลิเนีย (lineae) หรือ ลายเส้นยาวจำนวนมากที่ครอบคลุมไปทั่วดาว จากการตรวจสอบอย่างใกล้ชิดพบว่าขอบของรอยแตกมีการเคลื่อนที่อย่างสัมพันธ์กัน แถบเส้นที่มีขนาดใหญ่ที่มีระยะทางมากกว่า 20 กิโลเมตร (12 ไมล์) มักจะเกิดริ้วลายที่มืดขนานกันไป สมมติฐานที่น่าจะเป็นไปได้มากที่สุดกล่าวว่าลิเนียบนยูโรปา อาจเกิดจากการปะทุอย่างต่อเนื่องของน้ำแข็งที่อุ่นกว่าภายใต้พื้นผิวดวงจันทร์ คล้ายกันกับการเกิดของเทือกเขาสมุทรบนโลก รอยแตกหักแบบต่าง ๆ เหล่านี้มีสาเหตุมาจากการปะทุขึ้นโดยการแปรผันของแรงไทดัลซึ่งกระทำโดยดาวพฤหัส เนื่องจากยูโรปาถูกตรึงไว้ด้วยปรากฏการณ์ไทดัลล็อกกับดาวพฤหัสบดีอย่างเป็นระเบียบ และดังนั้นจึงรักษาทิศทางในการหันด้านหนึ่งเข้าหาดาวพฤหัสบดีอยู่เสมอ รูปแบบความเครียดจึงควรมีรูปแบบที่ชัดเจนและคาดการณ์ได้ อย่างไรก็ตามมีเพียงรอยแตกที่อายุน้อยที่สุดของยูโรปาที่สอดคล้องกับรูปแบบที่คาดการณ์ไว้ รอยแตกอื่น ๆ ดูเหมือนจะเกิดขึ้นในทิศทางที่ต่างกันมากขึ้นเรื่อย ๆ ตามอายุที่มากขึ้น สิ่งนี้สามารถอธิบายได้ว่าพื้นผิวของยูโรปา หมุนเร็วกว่าภายในเล็กน้อย เหตุที่เป็นไปได้คือเนื่องจากมหาสมุทรใต้พื้นผิว โดยกลไกที่แยกตัวออกจากชั้นพื้นผิวของยูโรปา จากชั้นแมนเทิลที่เป็นหิน และผลกระทบของแรงโน้มถ่วงของดาวพฤหัสบดีบนเปลือกน้ำแข็งชั้นนอกของยูโรปา การเปรียบเทียบภาพถ่ายยานอวกาศวอยเอจเจอร์ และกาลิเลโอ นั้นให้ความเป็นไปได้มากที่สุดในสมมติฐานของการเลื่อนไถลของชั้นผิวดาวนี้ การเปลี่ยนแปลงเต็มรูปแบบของเปลือกนอกแข็งที่สัมพันธ์กับภายในของยูโรปา ใช้เวลาอย่างน้อย 12,000 ปี การศึกษาภาพของวอยเอจเจอร์ และกาลิเลโอ ได้เปิดเผยหลักฐานการมุดตัวของพื้นผิวของยูโรปา ซึ่งบอกว่ารอยแตกมีความคล้ายคลึงกับแนวสันเขาในมหาสมุทร ดังนั้นแผ่นเปลือกน้ำแข็งจึงมีความคล้ายคลึงกับแผ่นเปลือกธรณีภาคบนโลก ซึ่งจะม้วนตัวกลับลงไปในชั้นหินหลอมเหลวภายใน ขณะเดียวกันหลักฐานการแพร่กระจายของเปลือกที่แถบ และการบรรจบกันที่พื้นที่อื่น นับเป็นหลักฐานแรกของการแปรสัณฐานแผ่นธรณีภาค ในดาวดวงอื่นที่ไม่ใช่โลก

คุณสมบัติทางธรณีวิทยาอื่น ๆ

จุดพื้นที่สีคล้ำราบเรียบอาจเกิดขึ้นได้เมื่อน้ำที่เป็นของเหลว ถูกปลดปล่อยทะลุผ่านพื้นผิวเมื่อน้ำแข็งมีอุณหภูมิสูงขึ้นและแตกออก พื้นที่ลักษณะขรุขระยุ่งเหยิงปะทุนูนขึ้น (เรียกว่าพื้นที่ของ "ความโกลาหล"; โคโนมารา เคออส, Conamara Chaos) จะถูกสร้างขึ้นจากแผ่นเปลือกที่เป็นเศษเล็กเศษน้อยที่มีสีเข้มหลายชิ้นก่อตัวเรียงเป็นชั้น ๆ จะปรากฏเหมือนภูเขาน้ำแข็งในทะเลเยือกแข็ง

สมมติฐานอีกทางหนึ่งชี้ให้เห็นว่า รอยนูน (lenticulae) แท้จริงแล้วเป็นพื้นที่เล็ก ๆ ของความโกลาหล และที่อ้างว่าเป็นหลุม จุดและโดม เป็นการสังเคราะห์ข้อสรุปที่เกิดจากการตีความภาพที่มีความละเอียดต่ำจากยานกาลิเลโอในระยะแรกมากจนเกินไป ความหมายก็คือน้ำแข็งนั้นบางเกินไปที่จะรองรับแบบจำลองการก่อตัวของรอยนูนของชั้นเปลือก ซึ่งเกิดจากการไหลเวียนของหินหนืด

• ดาวบริวารของดาวพฤหัสบดี