Серия «Система Сатурна»

Япе́т — удивительный спутник Сатурна со средним диаметром 1 469 километров. Он был открыт в 1671 году итальянским астрономом Джованни Доменико Кассини, в честь которого назвали космический аппарат NASA "Кассини", изучавший систему окольцованного газового гиганта с 1 июля 2004 года до 15 сентября 2017 года.

Итак, давайте же совершим небольшое виртуальное путешествие к Япету, чтобы поближе познакомиться с этим далеким и холодным миром, природа которого до сих пор остается одной из главных загадок Солнечной системы.

Двуликий гигант

Первое, что бросается в глаза при изучении снимков Япета, так это его кардинально разные полушария. Одна сторона сатурнианской луны красно-коричневая, а вторая — ослепительно белая. Альбедо* темной стороны составляет всего 0,05 (как копоть), в то время как альбедо светлой стороны — 0,5—0,6 (поверхность почти столь же яркая, как свежевыпавший снег).

*Альбедо — коэффициент, показывающий, какая доля падающего на поверхность света отражается.

Эта дихотомия настолько выражена, что первооткрыватель Кассини мог наблюдать спутник только с одной стороны Сатурна. Япет находится в приливном захвате — он всегда повернут к планете одной стороной, поэтому когда темное полушарие было направлено к Земле, спутник становился невидимым для телескопов XVII века. Именно Кассини, имея в своем распоряжении примитивные по современным меркам инструменты, был первым, кто пришел к выводу, что у Япета есть темная и светлая стороны.

Загадочный экваториальный хребет

Наблюдения космического аппарата "Кассини" выявили еще одну уникальную особенность — гигантский хребет, опоясывающий Япет точно по экватору.

Высота этого горного массива, неофициально именуемого "Стена Япета", достигает 20 километров при ширине основания до 200 километров. Протяженность этого образования составляет более 1 300 километров!

Как появился данный хребет? Есть две гипотезы:

• Когда-то у Япета была кольцевая система, которая в ходе гравитационных возмущений осела на экваторе;

• Приливные силы Сатурна сжимали и растягивали молодой Япет, внутренности которого были еще достаточно гибкими. По мере остывания спутника растягивание становилось все менее эффективным, а после и вовсе завершилось финальным сжатием и застыванием "выдавленного" материала у экватора.

Обратите внимание: хребет покрыт многочисленными кратерами, что свидетельствует о его древнем происхождении. Вероятно, Япет обзавелся им вскоре после своего формирования.

Мы не знаем никакого другого тела в Солнечной системе, обладающего подобной структурой.

Древние кратеры-великаны

Поверхность Япета усеяна гигантскими кратерами, крупнейший из которых Абим (лат. Abisme) имеет диаметр около 800 километров. Высота краев (приподнятость краев над дном кратера) этого ударного образования превышает десять километров.

Абим может быть одним из древнейших кратеров в Солнечной системе, сохранившимся с эпохи формирования планет около 4,5 миллиарда лет назад.

Тайна происхождения темного материала

Долгое время доминировала гипотеза, что темное вещество, окутывающее одно из полушарий Япета, — это пыль и органические соединения, которые были выбиты с поверхности нерегулярного спутника Фебы микрометеоритами. Однако спектральный анализ, осуществленный "Кассини", показал несоответствие составов.

Сегодня ученые склоняются к версии, что источником вещества может быть спутник Гиперион, состав которого практически идентичен темному материалу на Япете. Эта субстанция содержит водяной лед, аммиак, углерод и оксид железа, которые под воздействием космической радиации и солнечного излучения приобрели характерный красноватый оттенок.

Толщина темного слоя составляет всего несколько метров.

Ледяные полярные шапки

На полюсах Япета зонд "Кассини" обнаружил ярко-белые области, представляющие собой результат уникального процесса перераспределения водяного льда. Под влиянием солнечного света темная поверхность нагревается до 130 Кельвинов (примерно -143 градуса Цельсия), заставляя лед сублимировать, а затем выпадать осадками на более холодных полюсах.

Этот незамысловатый процесс с течением времени лишь усиливает контраст между темными и светлыми областями спутника.

Читайте также:

• Спутники Сатурна: Прометей.

• Новое исследование: спутник Сатурна Мимас скрывает молодой океан.

• Моря и озера северного полушария Титана, крупнейшего спутника Сатурна.

Среди 274 известных спутников Сатурна Титан занимает особое место. Эта крупнейшая луна окольцованного газового гиганта превосходит по размерам планету Меркурий и является единственным спутником в Солнечной системе с плотной атмосферой и устойчивым круговоротом жидкости.

Средний диаметр Титана составляет 5 152 километра, что на 272 километра больше диаметра Меркурия (4 880 километров). Титан имеет очень низкую гравитацию — примерно 14% от земной. Следовательно, человек весом 70 килограммов на Титане будет весить всего 9,8 килограмма.

Титан был открыт 25 марта 1655 года голландским физиком, математиком и астрономом Христианом Гюйгенсом, но более трех веков мы практически ничего не знали об этом удивительном мире из-за его очень плотной атмосферы, надежно скрывающей поверхность от любознательных ученых. И лишь с развитием радиолокационных методов дистанционного зондирования и инфракрасной спектроскопии человечеству все же удалось заглянуть под оранжево-коричневую дымку этого загадочного мира.

Землеподобная атмосфера

Атмосфера Титана уникальна среди спутников Солнечной системы. Ее плотность у поверхности в 1,45 раза превышает земную, а давление составляет 147 кПа — эквивалентно погружению на глубину пять метров под водой на Земле. В составе атмосферы 98,4% азота, 1,4% метана и незначительные количества других газов. Интересно, что азот доминирует и в земной атмосфере, составляя 78% от ее объема.

За оранжево-коричневый цвет дымки отвечают сложные органические молекулы толины, синтезирующиеся под действием солнечного излучения и космических лучей. В огромном количестве толины создают чрезвычайно плотный смог, который препятствует прямому наблюдению поверхности в видимом свете.

Метановый цикл

На Титане функционирует полноценный гидрологический цикл, аналогичный земному водному, но основанный на метане и этане. Углеводородные дожди выпадают из метановых облаков, образуя реки, озера и моря жидких углеводородов, которые затем частично испаряются обратно в атмосферу, замыкая цикл. Крупнейшее море Кракена (лат. Kraken Mare) имеет площадь около 400 000 квадратных километров. Для сравнения: площадь Каспийского моря на Земле составляет 371 000 квадратных километров.

Температура на поверхности опускается до -180 градусов Цельсия — идеальные условия для существования метана в жидком состоянии. Времена года на Титане длятся по 7,5 земных лет, что обусловлено 29-летним периодом обращения Сатурна вокруг Солнца.

Дюны Шангри-Ла

Поверхность Титана поражает разнообразием ландшафтов. Темный экваториальный регион Шангри-Ла (лат. Shangri-La) покрыт дюнами, слепленными из органических частиц. Высота этих дюн, на формирование которых ушли миллионы и миллионы лет, достигает 100 метров, а их протяженность — сотни километров.

Именно в этом регионе 14 января 2005 года совершил посадку спускаемый модуль Европейского космического агентства "Гюйгенс" — первый в истории аппарат, успешно "приземлившийся" во внешней Солнечной системе. Об этом подробнее ЗДЕСЬ.

Подповерхностный океан

Под ледяной корой Титана, на глубине 55-80 километров, скрывается глобальный океан жидкой воды. Его глубина может достигать впечатляющих 300 километров; в нем больше воды, чем во всех озерах, морях и океанах Земли вместе взятых.

Несмотря на то, что подледный океан Титана изолирован от поверхности толстой ледяной корой, он все же представляет особый интерес для астробиологов, которые рассматривают сатурнианский спутник как потенциально обитаемый мир.

В 2028 году к Титану отправится миссия NASA Dragonfly, которая доставит на его поверхность восьмироторный дрон (винтокрыл) для изучения этого таинственного мира с высоты птичьего полета. Прибытие на место намечено на 2034 год. Основная задача Dragonfly — поиск признаков пребиотической химии и исследование условий для возможного существования жизни.

Читайте также:

• На Титане может быть жизнь, но ее, скорее всего, очень мало.

• Моря и озера северного полушария Титана, крупнейшего спутника Сатурна.

• Онтарио — гигантское углеводородное озеро Титана.

Перед вами изображение поверхности Титана, крупнейшего спутника Сатурна, которое было получено 14 января 2005 года с высоты около 70 километров спускаемым аппаратом Европейского космического агентства (ESA) "Гюйгенс".

В тот момент человечество впервые в истории пыталось осуществить посадку на поверхность небесного тела во внешней Солнечной системе.

"Гюйгенс" был доставлен в систему Сатурна на борту зонда NASA "Кассини", преодолев более миллиарда километров, чтобы затем погрузиться в таинственную атмосферу Титана — настолько плотную и насыщенную органическими соединениями, что она полностью скрывала поверхность сатурнианского спутника от телескопических наблюдений с Земли. Спуск на парашютах сквозь эту густую оранжевую дымку занял 2 часа 27 минут и 50 секунд, прежде чем аппарат достиг поверхности в регионе, позднее названном "Ксанаду" — в честь райского места, описанного в поэме Сэмюэля Тейлора Кольриджа "Кубла-хан".

Атмосфера Титана преподнесла ученым немало загадок. В верхних слоях (около 500 километров над поверхностью) "Гюйгенс" зафиксировал неожиданно высокие температуры — от -10 до -20 градусов Цельсия. Это поразительно тепло для мира, расположенного в десять раз дальше от Солнца, чем Земля. Одна из выдвинутых гипотез предполагает, что такой относительный "комфорт" обеспечивается гравитационным влиянием Сатурна, вызывающим приливный нагрев. Однако детали этого механизма пока остаются без объяснений.

По мере снижения температура начала резко падать. На высоте 44 километра термометры "Гюйгенса" показали уже -203 градуса. Однако к моменту посадки окружающая среда оказалась "прогретой" до -180 градусов. Этот температурный разброс остается одной из главных загадок Титана.

Но не только температурные аномалии удивили ученых. Планируя миссию, специалисты ожидали некоторую ветровую активность, но реальность превзошла все прогнозы. На высоте 120 километров "Гюйгенс" попал в мощный воздушный поток, движущийся со скоростью 430 километров в час. Из-за этого аппарат был отброшен на несколько километров на восток от изначально запланированного места посадки.

После успешной посадки "Гюйгенс" проработал 90 минут, передав первые в истории изображения поверхности Титана крупным планом, подробные данные о составе атмосферы и обнаружил свидетельства эрозионных процессов. Анализ собранных данных показал, что поверхность в районе "Ксанаду" состоит из водяного льда и углеводородных соединений, напоминая по консистенции влажный песок или глину.

Эти открытия, вкупе с данными орбитального аппарата "Кассини", позволили создать комплексную картину Титана — мира, удивительно похожего на древнюю Землю, но с принципиально иной химией. Кроме того, собранные данные активно используются при планировании миссии NASA Dragonfly, в рамках которой в 2028 году на Титан будет отправлен восьмироторный дрон.

Читайте также:

• Миссия Dragonfly: NASA выбрало место посадки на Титане.

• «Джеймс Уэбб» зафиксировал на Титане метановые ливни.

• Новое исследование ставит под сомнение обитаемость ледяных спутников Солнечной системы.

Поверхность Дионы, 1123-километрового спутника Сатурна, поражает контрастами — темные, древние области соседствуют с яркими серо-белыми участками. Эти светлые регионы представляют собой водяной лед, который был обнажен в результате метеоритных ударов и/или тектонической активности.

Преимущественно темный цвет обеспечивает относительно тонкий слой пыли (меньше метра), которая неторопливо оседала на поверхность после бесчисленных столкновений Дионы с "космическими камнями".

Снимок был получен узкоугольной камерой космического аппарата NASA "Кассини" 23 июля 2012 года с расстояния примерно 418 000 километров от спутника.

Около трети массы спутника составляет скалистое ядро, а остальные две трети — водяной лед. Средняя температура на поверхности Дионы составляет -186 градусов Цельсия, так что местный лед настолько тверд, что по механическим свойствам практически не отличается от камня. Это объясняет, почему геологические структуры и ударные образования Дионы способны сохранять столь четкие формы на протяжении миллиардов лет.

Диона совершает полный оборот вокруг Сатурна за 2,737 земных суток (65 часов 41 минуту), находясь на среднем расстоянии в 377 400 километров от планеты. Спутник движется по практически идеальной круговой орбите с эксцентриситетом всего 0,0022 и находится в приливном захвате, подобно нашей Луне, поэтому всегда обращен к Сатурну одной стороной.

Интригующая особенность Дионы — ее магнитное взаимодействие с Сатурном. Во время близких пролетов "Кассини" зафиксировал возмущения в магнитосфере планеты, вызванные Дионой, что позволило предположить существование слабого магнитного поля у самого спутника либо наличие проводящей жидкости под его ледяной корой (соленого подповерхностного океана).

Читайте также:

• Кризалис, уничтоженный спутник Сатурна, может объяснить несколько загадок газового гиганта.

• Новое исследование: спутник Сатурна Мимас скрывает молодой океан.

• Тефия, ледяной спутник Сатурна.

Подповерхностные океаны на спутниках газовых гигантов — не редкость в нашей Солнечной системе. К Европе и Ганимеду у Юпитера, Энцеладу и Дионе у Сатурна и, возможно, Тритону у Нептуна теперь можно добавить еще одного кандидата — Мимас, спутник Сатурна.

Неожиданное открытие

Мимас — небольшой спутник Сатурна диаметром всего 396 километров, внешне напоминающий «Звезду Смерти» из киноэпопеи «Звездных войн» из-за огромного 140-километрового кратера Гершель. Поверхность сатурнианского спутника, испещренная множеством ударных образований, не давала ученым никаких намеков на существование жидкого океана под ледяной корой.

Однако данные миссии "Кассини" показали странные неравномерности в орбите этого маленького спутника. Такие аномалии могли быть вызваны двумя причинами:

1. Наличием каменного ядра очень необычной формы;

2. Присутствием жидкого подповерхностного океана.

Компьютерное моделирование, проведенное международной командой исследователей, указывает на второй вариант как наиболее вероятный. Первая гипотеза оказалась ошибочной — чтобы вызывать наблюдаемые орбитальные аномалии, ядро Мимаса должно было бы иметь форму блина, что физически крайне маловероятно.

Самый молодой океан Солнечной системы

"Мимас — небольшая луна, и ее сильно кратерированная поверхность не давала никаких намеков на скрытый океан под ней, — объясняет доктор Ник Купер, соавтор исследования из Лондонского университета королевы Марии. — Наше открытие добавляет Мимас в эксклюзивный клуб спутников с подповерхностными океанами, но с особым отличием: его океан удивительно молод, его возраст не превышает 25 миллионов лет".

В зависимости от используемой модели, возраст подповерхностного океана Мимаса может составлять от 2 до 25 миллионов лет. Для сравнения, подповерхностному океану юпитерианской Европы около 4,5 миллиарда лет — примерно столько же, сколько самой Солнечной системе.

Если модели верны, то океан Мимаса надежно изолирован от агрессивной среды космоса ледяным панцирем толщиной от 20 до 30 километров.

Перспективы для поиска жизни

"Существование относительно недавно образовавшегося океана делает Мимас главным кандидатом для изучения учеными, исследующими происхождение жизни", — подчеркивает доктор Купер.

Подповерхностный океан Мимаса может подарить ученым уникальную возможность изучить, как быстро могут формироваться условия, потенциально пригодные для возникновения жизни. Если в таком молодом океане будут обнаружены хотя бы предбиотические соединения, то это может полностью изменить наше понимание скорости эволюционных процессов.

Наследие легендарной миссии "Кассини"

Это открытие стало возможным благодаря данным космического аппарата «Кассини» — результату международного сотрудничества NASA, Европейского и Итальянского космических агентств. Зонд провел в системе Сатурна 13 лет, детально изучая планету, ее кольца и многочисленные спутники. Данные, собранные за это время, продолжают приводить к значимым открытиям.

Миссия «Кассини» завершилась 15 сентября 2017 года, когда аппарат был преднамеренно направлен в атмосферу Сатурна, где сгорел, чтобы избежать возможного химического загрязнения потенциально обитаемых спутников, которое могло бы создать ложные биомаркеры при будущих исследованиях.

"Это была замечательная командная работа: коллеги из пяти разных учреждений и трех разных стран объединились под руководством доктора Валери Лэйни, чтобы раскрыть еще одну интересную и неожиданную особенность системы Сатурна", — резюмировал доктор Купер.

Читайте также:

• «Марс Одиссей» запечатлел гигантский вулкан Арсия, возвышающийся над облаками.

• Криовулканизм на Плутоне: гора Райт раскрывает тайны карликовой планеты.

• В океане Энцелада найден крайне необходимый для зарождения жизни элемент.