У планет-гигантов много спутников. А больше всего — у Сатурна: вместе с недавно открытыми двадцатью — 82. В том числе два мира с океанами, где есть условия для возникновения жизни. О секретах сатурнианской спутниковой системы РИА Новости рассказал Валерий Шематович, заведующий отделом исследований Солнечной системы Института астрономии РАН.
Блестящее семейство лун
Газовый гигант Сатурн, шестая планета от Солнца, известен людям с незапамятных времен. О его спутниках говорил еще Галилей, но он принял за них орбитальные кольца — гигантские диски, состоящие из частиц льда. Детально изучили систему Сатурна уже в наше время благодаря миссии "Кассини", действовавшей в 2004-2017 годах.
"Среди планет Солнечной системы спутников больше всего у Сатурна — 82. У Юпитера — 79, десятки у Урана и Нептуна, их открыли космические аппараты "Вояджер". Это не окончательный результаты, они будут расти по мере совершенствования техники наблюдений", — говорит Валерий Шематович.
У Сатурна два вида спутников: регулярные и нерегулярные. Первые образовались вместе с планетой из сатурнианской части протосолнечной туманности. Их более двадцати, они обращаются по круговым орбитам, многие — сферической формы.
Новые спутники Сатурна
Орбиты новых двадцати спутников Сатурна. Часть из них — ретроградные, то есть движутся против направления движения планеты
"Значит, их вещество прошло стадию дифференциации, и тяжелые элементы опустились к ядру. Это миллиарды лет, следовательно, такие спутники — ровесники планеты", — поясняет ученый.
"Каждый с очень необычными свойствами. Например, на Мимасе есть огромный кратер размером 139 километров, тогда как диаметр самого спутника всего лишь 400 километров. Ясно, что спутник столкнулся с большим астероидом. Как он выжил — непонятно. На Дионе, возможно, есть подповерхностный океан на глубине 100 километров, то есть это третий мир с океаном в системе Сатурна. Рея, второй по величине спутник, может обладать собственной системой колец. На это есть одно косвенное указание, полученное "Кассини". Имеется там и разреженная атмосфера, как у Дионы и Энцелада", — продолжает Шематович.
В отличие от Юпитера, у которого четыре крупных внутренних луны, у Сатурна большая только одна: Титан. Остальные в несколько раз меньше. По составу это обледенелые глыбы скальных пород.
Нерегулярные спутники обращаются по сильно эллиптическим орбитам. Это малые тела неправильной формы, фактически — астероиды, захваченные в разное время полем тяготения Сатурна. Диаметр обычно не превышает десяти километров.
Сатурн находится от Земли в девяти астрономических единицах — это огромное расстояние. Разглядеть маленькие тела на окраине его системы довольно сложно даже с нынешними телескопами. Двадцать новых лун, об открытии которых ученые Университета Карнеги (США) объявили 8 октября, диаметром всего пять километров. Вокруг планеты они совершают оборот за два-три года.
Сатурн в 95 раз тяжелее Земли, он столь огромен, что его луны, вместе взятые, — капля в море. Невероятные кольца диаметром 250 тысяч километров тоже оказались немассивными. По самым последним оценкам, — чуть меньше половины массы ближайшего к планете регулярного спутника Мимаса.
"Между кольцами движутся спутники-пастухи, по форме напоминающие пельмени, с большим ободком по экватору. Ледяные частицы колец оседают на экваторах спутников-пастухов и участвуют в различных волновых процессах", — добавляет астроном.
Метановый мир
"Самый интересный спутник Сатурна — Титан. Второй по размерам в Солнечной системе и единственный с плотной атмосферой. Она в полтора раза плотнее, чем на Земле, и тоже состоит из молекулярного азота. Титан окутан постоянной фотохимической дымкой, по сути, смогом, который мешает изучать его телескопами. Поэтому миссия "Кассини" доставила туда спускаемый модуль "Гюйгенс", и мы впервые увидели его поверхность, измерили параметры атмосферы", — рассказывает Валерий Шематович.
Важную роль при исследовании Титана сыграл радар аппарата "Кассини", который через облака сканировал рельеф и физические свойства поверхности. Неожиданно выяснилось, что в районе северного полюса есть моря и озера. Только они из метана.
Система Сатурна получает в сто раз меньше энергии Солнца, чем Земля. Поэтому все его миры — ледяные. На поверхности Титана порядка минус 170 градусов Цельсия, в жидком состоянии там только углеводороды.
Ученые предполагают, что под ледяным панцирем Титана, на глубине порядка ста километров, находится океан жидкой воды. На это указывают некоторые особенности колебаний спутника в его орбитальном движении.
"Там есть моря, горы, дюны, правда, не из песка, а из тугоплавких органических веществ. А когда на северном полюсе наступает лето, даже идут дожди из метана. Удивительный мир!" — отмечает ученый.
Титан — крупнейший спутник Сатурна. Второе после Земли космическое тело с плотной атмосферой, жидкими структурами на поверхности
Активные недра Энцелада
"Энцелад, как и другие внутренние спутники Сатурна, — очень яркий объект. Он хорошо отражает солнечный свет. Это говорит о том, что его поверхность сложена водяным льдом. Диаметр — около пятисот километров, геологически этот мир должен быть мертвым, в его недрах нет активных процессов, на поверхности не должно ничего меняться. Между тем ученые оценивали ее как молодую, возрастом от пятисот тысяч до нескольких десятков миллионов лет. И это представляло собой загадку", — продолжает Шематович.
Считалось, что поверхность Энцелада освежается выпадающим на нее снегом из колец и воздействием плазмы из магнитосферы Сатурна. Изначально планировалось всего несколько пролетов "Кассини" мимо спутника с выключенными научными приборами для экономии энергии.
"В первом пролете по орбите, который был довольно далеким от луны, на расстоянии порядка тысячи километров, работали только фотокамера и служебный инструмент — магнитометр. Посмотрев его данные, инженеры увидели, что магнитное поле Сатурна возмущается. Значит, с ним взаимодействует плазма — поток заряженных частиц. Откуда он? Подозрение пало на Энцелад. Выходит, его недра активны. Сразу решили поменять программу, изучить этот мир детальнее", — говорит астроном.
В очередном пролете "Кассини" обнаружила над южным полюсом Энцелада мощные гейзеры. Стало понятно: под его ледяной корой скрывается жидкий океан. Анализ состава показал присутствие воды, различных солей, щелочей и органики.
Как выяснилось, у Энцелада силикатное ядро — источник тепла за счет гравитационного воздействия планеты при движении спутника по орбите, подпитывающий гидротермальную активность в океане. В гейзерах нашли молекулярный водород, играющий роль поставщика энергии для геохимической системы.
У этого океана есть земной аналог — экстремально соленое озеро Моно в Калифорнии, где очень жесткие условия, но все же там живут некоторые бактерии.
Таким образом, на Энцеладе неожиданно сошлись три условия возникновения жизни: жидкая вода, разнообразный химический состав океана с органикой и источники энергии — молекулярный водород и гидротермальные источники на поверхности ядра спутника. Однако развитие жизни, какой мы ее знаем, требует длительного времени и стабильности всей системы. Соответственно, ключевой вопрос — когда возник океан.
По одной версии, океану на Энцеладе более четырех миллиардов лет. Тепло для него поставляют еще активные за счет радиоактивного распада недра.
Проблема в том, что тело небольшое, оно должно было довольно быстро остыть и заледенеть. Чтобы его вновь активизировать, нужно катастрофическое событие, например столкновение с большим астероидом. Если оно произошло давно, жизнь могла успеть зародиться.
"Энцелад — самый привлекательный объект для астробиологов. По мере накопления данных мы сможем выбрать между двумя гипотезами, объясняющими время образования океана под поверхностью спутника", — подчеркивает ученый.
Катастрофическая гипотеза возникновения океана на Энцеладе
Условия жизни в неземных океанах
Титан, Энцелад, а также Ганимед и Европа у Юпитера — миры с океанами. Возможно, в Солнечной системе есть и другие.
В 2022 году к спутникам Юпитера отправится миссия Европейского космического агентства JUICE — Jupiter Icy Moon Explorer. Следом NASA запустит межпланетную станцию к Европе — Europa Clipper. В проекте JUICE Валерий Шематович с коллегами участвуют в качестве поддерживающих ученых для разработки моделей атмосфер спутников.
"Мы надеемся, что к 2032 году, когда туда прибудут аппараты, на орбите будет работать космический телескоп СПЕКТР-УФ, разрабатываемый в Институте астрономии РАН. В его программу заложено наблюдение внешних областей Солнечной системы и ледяных спутников в ультрафиолетовом диапазоне", — рассказывает ученый. Такие наблюдения очень важны при интерпретации измерений космических аппаратов непосредственно у исследуемых миров с океанами.
Есть идея слетать к Титану, чтобы изучить возможное наличие там форм жизни, непохожих на земную, где роль кислорода выполняет водород, а роль электролита — метан. А главное — получить информацию о подледном океане.
Впрочем, на Энцеладе это проще: там бьют гейзеры и ледяная кора тоньше. По оценкам, на южном полюсе вода находится всего на глубине нескольких километров. Пока совершенно неясно, как туда проникнуть. Для сравнения: бурение четырех километров льда до подледникового озера Восток в Антарктиде заняло два десятка лет.
Миссия к Энцеладу — Enceladus Life Finder (ELF) пока только обсуждается. Слишком далеко лететь.
"Ученые очень заинтересованы исследовать миры с океанами, потому что это следующие после Марса тела, где есть шансы найти следы жизни, хотя бы в простейших формах", — заключает Валерий Шематович.
