Планета-гигант Сатурн известна каждому благодаря своим поразительным кольцам, которых в представленном масштабе больше нет ни у одной планеты Солнечной системы. Однако Сатурн интересен также поразительным количеством спутников, включая большие и даже потенциально пригодные для появления там жизни. На новых недавно обнародованных снимках NASA спутники Сатурна представлены во всей красе, словно сошли со страниц фантастических произведений.

Слева направо запечатлены Янус, Пандора, Энцелад, Мимас и Рея, а края колец Сатурна проходят через середину снимка. Источник изображения: NASA

Но это реальные изображения, полученные автоматической станцией NASA «Кассини» (Cassini). Станция изучала систему Сатурна с 2004 по 2017 год. Благодаря ей и последующим наблюдениям нам сегодня известно о существовании 156 спутников у этой планеты-гиганта. Это своего рода Солнечная система в миниатюре и когда-нибудь она станет обширной обжитой областью пространства, в которой человечество сможет найти свой второй дом.

Кольца Сатурна и четыре его спутника слева направо: Пан (в разрыве колец), Титан, Диона (на фоне Титана) и Пандора

Даже по одним только фотографиям крупных лун Сатурна учёные могут определить геологию и особенности строения этих небесных тел. Среди них выделяются спутники, изобилующие трещинами и даже гейзерами, что намекает на существование там глобальных подповерхностных океанов. А где жидкая и, тем более, отчётливо водная среда, там вполне могут быть условия для зарождения биологической жизни в тёплых слоях глубоко подо льдом или скалами.

Подсвеченная Солнцем атмосфер Титана за кольцами и маленький Энцелад на фоне атмосферы

Более того, спутник Сатурна Титан единственная в Солнечной системе луна с плотной атмосферой. В своё время NASA рассчитывает запустить на него 450-кг вертолёт «Стрекоза». Титан особенно эффектно выглядит на фотографиях «Кассини», когда Солнце освещает его с тыла, подсвечивая атмосферу малой планеты. Наконец, это просто красиво и даже поразительно, что у нас есть возможность смотреть на снимки, сделанные за миллиарды километров от Земли.

В сравнении с другими крупными лунами Сатурна (и Юпитера) спутник Мимас не изобилует трещинами и разрывами, напоминая своими кратерами нашу Луну. Тем самым, это должен быть сухой мир из скальных пород, однако дело, похоже, обстоит иначе. У Мимаса странная орбита, как будто у него внутри что-то плещется, или его ядро имеет необычно вытянутую форму. Как показало моделирование, всё говорит в пользу скрытого океана, и это находка для учёных.

Художественное представление спутника Сатурна Мимаса. Источник изображения: Observatoire de Paris

Подробные данные по системе Сатурна собрала автоматическая станция «Кассини» в период с 2004 по 2017 годы. Группа учёных из Парижской обсерватории воспользовалась этой информацией, чтобы заново оценить орбитальные параметры Мимаса, который напоминает «Звезду смерти» благодаря огромному ударному кратеру на своей поверхности. Они хотели исключить один из сценариев, из-за которого орбита этой луны выглядит необычно для монолитного скалистого небесного тела.

Согласно одному из вариантов, Мимас может содержать сильно вытянутое ядро, которое заставляет его совершать колебательные движения, проходя по орбите. Во втором случае, под его скалистой поверхностью может скрываться глобальный водный мир, потоки которого также вызывают изменения в орбитальном движении спутника.

Моделирование показало, что существование вытянутого ядра представляется наименее вероятным сценарием. С учётом динамики орбитального движения Мимаса под воздействием гравитации Сатурна и других его крупнейших лун, орбитальные параметры подозрительной луны, скорее всего, объясняются жидким подповерхностным океаном.

Расчёты показывают, что жидкий океан на Мимасе сравнительно молодой — ему всего 2–3 млн лет. Вероятнее всего, незадолго до его появления орбита этой луны изменилась со стабильной круговой на вытянутую, что в системе с множеством лун считается нормальным явлением. Гравитация Сатурна стала оказывать на недра Мимаса прерывистое воздействие, и это привело к гравитационному разогреву его ядра и внутренней структуры. Вода начала выделяться в жидком виде и постепенно там образовался глобальный подповерхностный океан, который к настоящему моменту подошёл к поверхности Мимаса на 20–30 км.

По часовой стрелке слева вверху: Энцелад, Европа, Ганимед и Титан. В центре — Мимас. Источник изображения: Observatoire de Paris

По внешнему виду этой луны не скажешь, что под её корой плещутся массы воды, намного больше, чем в земных океанах. На Мимасе нет трещин и гейзеров, как на лунах Энцеладе, Европе, Ганимеде и Титане, поэтому он долго хранил свою тайну. Не менее важно, что если там действительно есть глобальный океан, то его молодость — это способ заглянуть в прошлое других лун Сатурна и Юпитера, чтобы понять эволюционное развитие подповерхностных водных миров. На глазах учёных буквально может твориться ранняя геологическая история этих миров, чему учёные несказанно рады.

Новый анализ данных с межпланетного зонда NASA «Кассини» привёл к удивительному открытию. В фонтанах спутника Сатурна Энцелада обнаружены молекулы и соединения, которые способны зародить и обильно поддерживать известную нам биологическую жизнь. Это как обнаружить вместо батарейки от часов автомобильный аккумулятор, сообщили сделавшие открытие учёные.

Шлейф газа, бьющий из трещин на поверхности Энцелада. Источник изображения: NASA/JPL-Caltech

Станция «Кассини» вплотную исследовала Энцелад — шестой по размеру спутник Сатурна и четырнадцатый по удалённости от него — в 2010 году. Эта луна Сатурна покрыта ледяным панцирем, под которым, по-видимому, скрывается бездонный водный мир. Масс-спектрометры станции захватывали ледяные частицы, которые выносили в космос ледяные гейзеры на Энцеладе, и это позволило в определённой мере изучить химический состав подлёдной среды.

В 2017 году в ходе одной из работ по изучению данных «Кассини» по Энцеладу учёные определили, что в составе бьющего из-под поверхности шлейфа достаточно много углекислого газа, метана и водорода, что наводило на мысль о метаногенезе — метаболическом процессе, который производит метан. Метаногенез широко распространён на Земле и, возможно, сыграл решающую роль в возникновении жизни на нашей планете.

В новой работе учёные пошли по другому пути для изучения данных с «Кассини». Вместо изучения достоверно полученных данных исследователи воспользовались математическим и статистическим анализом, который должен был сложить отрывочную информацию в общую картину, включая добавку наиболее вероятных недостающих частей. Это дало интересный результат. Оказалось, что в шлейфе газа Энцелада с большой вероятностью присутствовали как синильная кислота (цианистый водород), так и окислы целого спектра веществ.

Наличие значительного объёма окислов указывает на впечатляющую энергетическую мощь подлёдного океана Энцелада. Ведь там, где идут окислительные процессы, там всегда есть энергия, включая питание для биологической жизни. Что касается самой жизни, то наличие циановодорода — это критический маркер для её появления, поскольку эта молекула является предшественником аминокислот.

Зонд «Кассини» прекратил своё существование в 2017 году — в конце жизни его в познавательных целях уронили на Сатурн. Но полученные с его помощью данные, как мы видим, продолжают вести к открытиям и, наверняка, станут отправной точкой для многих новых работ по изучению системы Сатурна.

Инженеры NASA провели тестирование уменьшенного прототипа аппарата Dragonfly с 8 несущими винтами, предназначенного для исследований поверхности крупнейшего спутника Сатурна, Титана. При создании Dragonfly использовались технологии, а также опыт разработки и применения марсианского винтокрылого аппарата Ingenuity.

Источник изображения: NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben

Для тестирования был построен прототип вполовину меньше оригинала. Полномасштабный Dragonfly по размерам сопоставим с небольшим автомобилем. Тестирование винтокрылого аппарата, о котором идёт речь, провели в июне исследователи из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса (APL) из Мэриленда в дозвуковой аэродинамической трубе 14×22 фута принадлежащего NASA Исследовательского центра Лэнгли в Хэмптоне (штат Вирджиния).

Учёные протестировали Dragonfly, сосредоточившись на двух конкретных конфигурациях полёта: спуск Dragonfly и переход к полёту с работающим двигателем после достижения Титана, а также горизонтальный полёт над поверхностью спутника.

«Мы протестировали условия в ожидаемом диапазоне полёта при различных скоростях ветра, скоростях ротора и углах полёта, чтобы оценить аэродинамические характеристики транспортного средства», — сообщила в пресс-релизе руководитель испытаний Бернадин Джулиано (Bernadine Juliano) из APL. По её словам, было выполнено более 700 прогонов, охватывающих более 4000 отдельных точек данных. «Все цели испытаний были успешно выполнены, и полученные данные помогут повысить уверенность в наших имитационных моделях на Земле, прежде чем экстраполировать их на условия Титана», — отметила Джулиано.

Благодаря более плотной атмосфере на Титане, чем на Марсе, винтокрылому Dragonfly будет летать проще, чем Ingenuity. Низкая гравитация также позволит летательному аппарату дольше оставаться в воздухе. Запуск Dragonfly запланирован на 2027 год, а к 2034 году он достигнет крупнейшего спутника Сатурна, который так же, как Земля, имеет озёра и моря.

Автоматическая станция «Кассини» собрала много доказательств относительной молодости колец Сатурна — редкого и величественного явления в космосе. Судя по наблюдениям, кольца образовались лишь несколько сотен миллионов лет назад, когда по Земле уже ходили динозавры. Подобная история заставляет учёных искать ответ на вопрос, как такое могло произойти. Моделирование показало, что вероятнее всего кольца возникли из обломков столкнувшихся спутников Сатурна.

Кадр из симуляции. Источник изображения: NASA/Durham University/Glasgow University/Jacob Kegerreis/Luís Teodoro

Исследовательская группа воспользовалась суперкомпьютером Distributed Research using Advanced Computing (DiRAC) в Даремском университете (Великобритания). Учёные смоделировали почти две сотни столкновений между бывшими гипотетическими спутниками Сатурна. Ранее подобные вычисления уже проводились, но в новой работе шаг симуляции уменьшили в 100 раз, чтобы на два порядка улучшить разрешение.

Моделирование показало, что при самых разных сценариях столкновения необходимое для образования колец количество льда распространяется в границах так называемого предела Роша, где вещество захватывается гравитацией Сатурна и перемалывается в более мелкие обломки. За границами предела Роша остатки от лун после столкновений способны собраться в отдельные новые луны. Похоже, именно так был образован спутник Сатурна Рея. Эта луна находится почти на круговой орбите. Если бы она была древней, Солнце изменило бы её орбиту до эллиптической и более наклонной.

Сценарий со столкновением лун также объясняет, почему материал колец представлен преимущественно льдом. Во время столкновения лун скальная порода как более тяжёлая не смогла бы в значительном объёме мигрировать в зону гравитационного влияния Сатурна, тогда как более лёгкие ледяные обломки на это способны. Тем самым, также, скальные останки бывших лун могли бы стать основой для образования новых спутников Сатурна на других орбитах.

Знание истоков зарождения колец Сатурна и возможной эволюции его спутников имеет важнейшее значение для земной науки. Спутники Сатурна, как и спутники Юпитера, рассматриваются как миниатюрные звёздные системы, на лунах которых могла зародиться своя жизнь. Например, в подлёдном океане Энцелада, шестого по размерам спутника Сатурна. Но если эти луны молоды, то шансы найти там даже микробную биологическую жизнь сильно ниже.

Анализируя радиоизлучение и движение аммиака, американские учёные обнаружили на Сатурне длительные мегаштормы, отчасти напоминающие юпитерианское Большое Красное Пятно. Результаты исследования указывают на значительные различия между двумя газовыми гигантами и расходятся с моделями мегаштормов в теперешнем понимании учёных — открытие поможет в изучении экзопланет.

Снимок Сатурна, полученный радиотелескопом VLA. Источник изображения: nrao.edu

Крупнейший в Солнечной системе мегашторм называется Большим Красным Пятном — этот атмосферный вихрь шириной около 25 тыс. км украшает поверхность Юпитера уже не одну сотню лет. Новое исследование показало, что длительные мегаштормы присутствуют на Сатурне, оказывая воздействие на глубокие слои атмосферы планеты-гиганта. Исследование было проведено астрономами Калифорнийского университета в Беркли и Мичиганского университета в Анн-Арборе — они изучали радиоизлучение планеты и обнаружили долговременные нарушения в схеме распределения газообразного аммиака.

Мегаштормы происходят на Сатурне каждые 20–30 лет — они похожи на земные ураганы, но отличаются более высокой интенсивностью. И пока нет достоверных данных, что вызывает их в атмосфере Сатурна, состоящей преимущественно из водорода и гелия со следами метана, воды и аммиака. Изучению этих явлений способствуют наблюдения в радиодиапазоне, который позволяет заглянуть под видимые слои облаков на планетах-гигантах. Радионаблюдения помогают в изучении динамических, физических и химических процессов: переноса тепла, формирования облаков и конвекции в глобальном и локальном масштабах.

Изучив данные в радиодиапазоне, учёные обнаружили некоторые аномалии в концентрации газообразного аммиака, предположительно связанные с уже прекратившимися мегаштормами в северном полушарии планеты. На средних высотах, чуть ниже самого верхнего слоя аммиачно-ледяных облаков, концентрация аммиака снижается, но по мере движения вглубь атмосферы на 100–200 км она снова увеличивается. Исследователи считают, что аммиак переносится из верхних слоёв атмосферы в нижние за счёт процессов осаждения и повторного испарения — и этот процесс может длиться сотни земных лет.

Сатурн и Юпитер состоят преимущественно из газообразного водорода, но заметно отличаются друг от друга. Тропосферные аномалии Юпитера связаны с его светлыми и тёмными полосами, но не вызваны штормами, как на Сатурне. Это отличие изменит представление учёных о формировании мегаштормов на газовых гигантах и других планетах. И поможет в изучении экзопланет в будущем.

Сатурн является очень большой планетой, которая массивнее Земли почти в 100 раз. Несмотря на это, Сатурн уступает по размерам Юпитеру почти в три раза. В свете этого и новых исследований некоторые астрофизики задумались о том, насколько в действительности Сатурн соответствует тому, чтобы классифицироваться как планета-гигант.

Источник изображения: NASA, ESA, CSA, STScI

Как правило, астрономы и общественность относят Сатурн и Юпитер к одной категории планет-гигантов. Обе планеты очень массивны, каждая из них имеет значительные запасы газообразного водорода и гелия, которые являются основной частью их атмосфер. Кроме того, эти планеты располагаются в Солнечной системе рядом друг с другом.

Более углубленные исследования, проведённые с помощью автоматической межпланетной станции «Кассини» (Cassini) и зонда «Юнона» (Juno), позволили выявить ряд существенных различий между Юпитером и Сатурном, например, в количестве тяжёлых элементов, находящихся глубоко внутри планет. Кроме того, Юпитер в три раза массивнее Сатурна, что, в общем-то, также имеет большое значение.

В новой статье, которая в скором времени появится в журнале Astronomy & Astrophysics Letters, Равит Хеллед (Ravit Helled), астрофизик из Центра теоретической астрофизики и космологии Цюрихского университета в Швейцарии, высказал мнение о том, что в Солнечной системе есть только один настоящий газовый гигант — Юпитер. Уран и Нептун классифицируются как ледяные гиганты, поскольку они в основном состоят из элементов, отличных от водорода и гелия. Что касается Сатурна, то, по мнению Хелледа, планета не является настоящим газовым гигантом.

Процесс формирования гигантской планеты очень сложен, поскольку ранняя Солнечная система представляла место, в котором скопилось большое количество разного материала, кружившего вокруг растущего в центре Солнца. Преимущественно это был водород и гелий с небольшим количеством более тяжёлых элементов. Когда молодое Солнце начало нагреваться, весь водород и гелий удалились из системы. Единственный вариант, при котором планета могла продолжить набирать массу, особенно за счёт водорода и гелия, заключается в том, что эта планета к моменту нагревания звезды уже должна была стать достаточно большой. Чем больше планета, тем сильнее её гравитационное притяжение, позволяющее накапливать массу за счёт находящегося поблизости материала.

Ранние исследования предполагали, что Юпитер и Сатурн достигли определённой критической стадии, необходимой для быстрого накопления огромного количества массы за относительно короткий срок. Однако Юпитеру в этом плане повезло больше. Критический порог, при котором планета может получить экспоненциальное количество водорода и гелия, приблизительно соответствует массе в 100 раз выше массы Земли. Юпитер с лёгкостью превышает это значение, а значит, значительную часть массы планета приобрела ещё до того, как водород и гелий удалились из Солнечной системы из-за нагрева звезды.

По мнению Хелледа, у Сатурна никогда не было шансов стать настоящим гигантом. Уран и Нептун также были слишком малы, чтобы соперничать с Юпитером за звание планеты-гиганта. Что касается Сатурна, то его масса была достаточной для притяжения значительного количества водорода и гелия за счёт гравитации, но не настолько, чтобы этот процесс протекал в ускоренном темпе, благодаря чему планета могла бы стать значительно массивнее.

На основе этого Хеллед заявил, что Сатурн является несостоявшимся гигантом. По его мнению, единственной планетой-гигантом в Солнечной системе можно считать Юпитер. Это также может означать, что, несмотря на сходства, Юпитер и Сатурн развивались совершенно разными путями, что объясняет их различия, выявленные в ходе более глубоких исследований. Разница в развитии этих планет может помочь учёным понять, как развивалась Солнечная система, а также как возникали звёздные системы по всей галактике.

Космическая обсерватория «Джеймс Уэбб» добавила в копилку знаний о Сатурне собственные наблюдения. Впервые изображение «планеты с кольцами» было сделано в ближнем инфракрасном диапазоне на длине волны 3,23 мкм. Учёные едва приступили к глубокому анализу полученных изображений, но чтобы понять всю мощь инструментов «Уэбба», нам достаточно обработанного снимка Сатурна и знания, что он получен с расстояния в 1370 млн км.

Нажмите, чтобы увеличить. Источник изображения: NASA, ESA, CSA, STScI

По заявке группы астрономов «Уэбб» сделал несколько очень длительных по экспозиции снимков Сатурна. Наблюдения должны были показать способность оборудования обсерватории обнаруживать слабосветящиеся и поэтому небольшие луны планеты-гиганта. Это необходимо как для уточнения состава системы Сатурна, так и для изучения эволюции планеты и системы. Научная работа по этому наблюдению пока не заявлена, и её подготовка может потребовать длительного времени. Ожидается ещё одна серия наблюдений «Уэббом» за Сатурном, которая добавит знаний об этой планете.

Кроме информации о спутниках Сатурна новые снимки несут данные об атмосфере планеты и её кольцах. Кольца с большим содержанием льда особенно ярко выделяются на снимках, поскольку атмосфера Сатурна в значительной степени поглощает инфракрасное излучение, а материал колец его хорошо отражает.

Необработанный снимок

Также на изображении хорошо заметна разница между южным и северным полюсом — последний темнее, что может объясняться разницей в сезонах в обоих полушариях. В северном полушарии сейчас лето и в атмосфере может быть больше аэрозольной взвеси, которая сильнее поглощает инфракрасный свет. Диск планеты, что интересно, как бы очерчен светлой каймой. Это может быть следствием флюоресценции метана в верхних слоях атмосферы или проявляться в результате излучения ионов триводорода в ионосфере, либо причина кроется в одновременном присутствии обоих явлений сразу.

Кроме того, в северном полушарии прослеживается некоторая пятнистость. Нечто подобное наблюдалось во время обзора Юпитера «Уэббом». Явление может быть связано с распространением крупных волн в верхних слоях атмосферы Сатурна. Наконец, это просто красиво.

В этом месяце космический телескоп «Джеймс Уэбб» Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США провёл наблюдение за Сатурном. Теперь же несколько необработанных снимков планеты были опубликованы на неофициальном сайте James Webb Space Telescope Feed, на котором размещены все данные, полученные от космической обсерватории с момента начала её работы в середине прошлого года.

Источник изображений: jwstfeed.com

Первые снимки Сатурна, сделанные телескопом в период с 24 по 25 июня, представляют собой необработанные чёрно-белые изображения. Однако даже в таком виде они выглядят весьма впечатляюще, в том числе за счёт знаменитой системы колец. Эти необработанные снимки являются лишь предвестником того, что можно будет увидеть на снимках шестой планеты от Солнца после того, как завершится их обработка специалистами .

«Как и любой современный телескоп, JWST не делает цветных снимков, как это делает кинокамера. Изображения, которые передаются на Землю, чёрно-белые, и после их получения проводится обширная работа, направленная на то, чтобы создать впечатляющие виды, с которыми мы знакомы. Эта обработка необходима не только для того, чтобы снимки хорошо выглядели, но и для выделения разнообразной полезной научной информации», — говорится в заявлении Европейского космического агентства (ESA), которое сотрудничает с NASA в рамках миссии телескопа «Джеймс Уэбб».

В сообщении ведомства не уточняется, что чёрно-белые экспозиции отражают количество частиц света или фотонов, попавших на детектор одного из приборов телескопа, таких как камера ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam) или камера среднего инфракрасного диапазона (MIRI). На представленных снимках, сделанных с помощью инструмента NIRCam, вторая по величине планета Солнечной системы имеет достаточно не чёткую светящуюся форму. При этом разница в способности отражать свет у самой планеты и колец приводит к тому, что на некоторых изображениях Сатурн практически не видно.

Анализируя данные, собранные космическим зондом «Кассини», учёные обнаружили, что подповерхностные океаны Энцелада (спутник Сатурна) содержат фосфаты — одно из химических веществ, необходимых для существования биологической жизни. Об этом в журнале Nature была опубликована статья. Прежде учёные обнаружили на спутнике другие необходимые для зарождения жизни компоненты, и не хватало лишь фосфора. Теперь получается, что на Энцеладе есть потенциал для развития жизни.

Источник изображения: NASA

Фосфор в фосфатной форме необходим для создания ДНК, РНК и клеточных мембран, поэтому исследователей давно интересовал вопрос о его наличии на Энцеладе — с тех пор, как на далёком спутнике были обнаружены подповерхностные океаны и криовулканические шлейфы. Запущенный в 1997 году космический аппарат «Кассини» был предназначен для изучения систем Сатурна и Юпитера. В период с 2005 по 2015 год прибор совершил несколько пролётов вокруг Энцелада, а также исследовал кольцевую систему Сатурна.

Команда под руководством Франка Постберга (Frank Postberg), профессора планетарной науки Свободного университета Берлина, изучила данные анализатора космической пыли (CDA) «Кассини». Хотя данные были собраны уже давно, их анализа пришлось долго ждать. «Эти данные лежали на серверах NASA в течение 15 лет, — сказал Постберг. — Прибор передал такой большой объем данных, что мы не смогли проанализировать их все, пока миссия была активна».

После публикации ограниченного анализа данных в 2017 году команда получила финансирование от Европейского исследовательского совета для анализа гораздо большего набора данных. Постберг сказал, что они не искали фосфаты специально: «Мы просто подумали: давайте посмотрим на гораздо больший набор данных и состав индивидуализированных зёрен. Через три с лишним года я нашёл эти девять ледяных зёрен, в которых обнаружены фосфаты», — сказал он. Для зарождения жизни необходимы углерод, водород, азот, кислород, фосфаты, фосфор и сера, пояснил он. Из этих шести компонентов фосфаты были единственным, которого прежде не было обнаружено в данных «Кассини» — прошлые исследования показали наличие всех остальных компонентов на Энцеладе.

Профессор планетарной геохимии из Университета штата Аризона Михаил Золотов отметил, что «наличие фосфорных соединений в воде имеет решающее значение для биологической продуктивности на Земле и, следовательно, является ключевым фактором при оценке того, есть ли у далёких миров потенциал для поддержания жизни».

Учёные обнаружили, что ледяная луна Сатурна — Энцелад выбрасывает «гигантский шлейф» водяного пара далеко в космос, причём в выбросах содержится немало химических ингредиентов, пригодных для формирования живых организмов. Обнаружить необычную находку помог телескоп «Джеймс Уэбб».

Энцелад, иллюстрация. Источник изображения: NASA/JPL-Caltech.

Известно, что телескоп снял выброс ещё в ноябре 2022 года — результаты продемонстрировали на конференции в т.н. Научном институте космического телескопа в Балтиморе 17 мая. По мнению учёных, выброс действительно «колоссальный». Исследователям не впервые удалось увидеть, как Энцелад выбрасывает воду, но технические возможности нового телескопа позволяют увидеть, что струи пара уходят в космос намного дальше, чем считалось ранее, фактически — во много раз дальше, чем диаметр самого Энцелада, составляющий 504 км.

Впервые о водяных выбросах луны Сатурна узнали ещё в 2005 году, когда космический аппарат NASA — Cassini запечатлел ледяные частицы, вылетающие из разломов в поверхности спутника планеты. Считается, что выбросы столь мощны, что из отдаваемого луной материала сформировано одно из колец Сатурна. Как показал анализ, подобные струи содержат метан, углекислый газ и аммиак — органические молекулы, части которых являются необходимыми элементами для возникновения жизни. Допускается даже, что источником некоторых из этих газов служит сама жизнь. В частности, метан может быть одним из продуктов её деятельности глубоко под ледяной поверхностью Энцелада.

Ещё одним необходимым элементом считается вода. Хотя Энцелад полностью покрыт толстым слоем льда, исследования вращения луны свидетельствуют о том, что под поверхностью может находиться целый океан жидкой воды. Учёные считают, что источником обнаруженных Cassini и «Джеймсом Уэббом» выбросов могут служить гидротермальные жерла на океанском дне — об этом косвенно свидетельствуют обнаруженные в снятых шлейфах частицы кремнезёма — обычно составляющего кору планет.

Учёные NASA обсуждают миссии к Энцеладу для поиска возможных следов жизни. Ожидается, что орбитальный модуль Enceladus Orbilander будет находиться на орбите луны около полугода, пролетая буквально сквозь шлейфы для сбора образцов. После этого космический аппарат превратится в модуль для посадки на поверхность самого спутника Сатурна. Ожидается, что Orbilander оснастят инструментами для анализа захваченных молекул, например, кроме микроскопа, аппарат оснастят даже секвенатором ДНК. Кроме того, дистанционно сканировать поверхность спутника будут камеры, радиозонды и лазеры.

Дополнительно предлагается отправить под ледяную поверхность Энцелада робота-змею — Exobiology Extant Life Surveyor может получить камеры и лидар для навигации в неизвестной среде у океанского дна.

Три недавних исследования учёных из Исследовательского центра Эймса агентства NASA были основаны на данных, полученных во время миссии NASA «Кассини». В ходе исследований были получены доказательства того, что кольца Сатурна достаточно молоды, и несмотря на это в скором времени они могут исчезнуть.

Источник изображений: NASA

В первом исследовании рассматривается масса колец, их «чистота», скорость добавления с них новых частиц и то, как это влияет на изменение колец во времени. Сложив эти элементы вместе, можно получить более полное представление о том, как долго они существуют и сколько времени им осталось. Кольца почти полностью состоят из чистого льда. Несколько процентов их массы составляет неледяное «загрязнение», исходящее от притягиваемых Сатурном микрометеороидов, таких как фрагменты астероидов размером меньше песчинки. Анализ также показывает, что микрометеороиды прибывают в кольца не так быстро, как предполагали учёные. По уровню загрязнения можно сделать вывод, что кольца подвергались постоянной бомбардировке различными космическими песчинками на протяжении не более чем нескольких сотен миллионов лет. Таков и их возраст, хотя самому Сатурну, как и Солнечной системе, уже 4,6 млрд лет. Возможно, во времена динозавров колец у Сатурна ещё не было.

Авторы второго исследования выявили две вещи, которые в значительной степени игнорировались в прочих исследованиях, и подтвердили выводы исследования выше. В частности, они изучали физику, определяющую долгосрочную эволюцию колец, и обнаружили, что двумя важными элементами являются бомбардировка микрометеороидами и то, как обломки от этих столкновений распределяются внутри колец. Приняв во внимание эти факторы, исследователи сделали вывод о том, что кольца могли достичь своей нынешней массы всего за несколько сотен миллионов лет. Результаты также позволяют предположить, что их молодой возраст связан с причиной их появления — момент, когда нестабильные гравитационные силы в системе Сатурна разрушили некоторые из его ледяных лун.

«Идея о том, что культовые кольца Сатурна могут быть относительно недавней особенностью нашей Солнечной системы, была спорной, но наши новые результаты завершают тройку измерений "Кассини", которые делают этот вывод наиболее вероятным» — сказал Джефф Куцци (Jeff Cuzzi), исследователь из Эймса и соавтор одной из последних работ.

Миссия «Кассини» обнаружила, что кольца быстро теряют массу, поскольку материал из самых внутренних областей падает на планету. В третьей работе впервые даётся количественная оценка того, как быстро материал колец дрейфует в этом направлении, и метеороиды в этом играют не последнюю роль. Их столкновения с существующими частицами кольца и то, как образующиеся обломки выбрасываются наружу, создают своего рода конвейер, несущий материал кольца в направлении Сатурна. Рассчитав, что все эти толчки частиц означают для их окончательного исчезновения в планете, исследователи пришли к выводу, что он может потерять свои кольца в ближайшие несколько сотен миллионов лет.

«Я думаю, что эти результаты говорят нам о том, что постоянная бомбардировка всем этим инородным мусором не только загрязняет планетарные кольца, но и со временем должна привести к их разрушению, — сказал Пол Эстрада (Paul Estrada), исследователь из Эймса и соавтор всех трех исследований. — Вполне вероятно, что тонкие и тёмные кольца Урана и Нептуна являются результатом этого процесса».

»

С 4 мая сайт Центра малых планет Международного астрономического союза начал активно публиковать подтверждения открытий спутников Сатурна. К настоящему моменту число новых объектов превысило 28 — в результате Сатурн обошёл Юпитер и завоевал звание планеты с самым большим числом спутников в Солнечной системе.

Источник изображения: wikipedia.org

Череда открытий связана с деятельностью поисковой программы Университета Британской Колумбии (Канада) в 2019–2021 годах. В качестве основного инструмента использовался наземный телескоп CFHT. Перед открытиями учёные предсказали, что в окрестностях планеты может находиться крупная популяция нерегулярных спутников — тех, чьё движение отличается от общих правил.

Считается, что нерегулярные спутники формируются не из той же части протопланетного диска, что сама протопланета, а захватываются извне её гравитационным полем. Из-за этого орбиты нерегулярных спутников имеют более вытянутую форму и больший наклон по отношению к Сатурну. Исходя из характеристик орбит, новые спутники были причислены к инуитской и скандинавской группам, а диаметры их невелики — от 2 до 5 км. При этом учёные отметили, что вокруг планеты также могут вращаться несколько тысяч более мелких объектов с диаметром менее 1 км. Для сравнения, самым крупным её спутником является Титан с диаметром 5149 км.

Новым спутникам Сатурна присвоены следующие имена: S/2019 S 13, S/2020 S 6, S/2019 S 12, S/2006 S 14, S/2019 S 11, S/2004 S 47, S/2019 S 10, S/2004 S 46, S/2019 S 9, S/2019 S 8, S/2019 S 7, S/2006 S 13, S/2019 S 6, S/2006 S 12, S/2006 S 11, S/2004 S 45, S/2004 S 44, S/2004 S 43, S/2019 S 5, S/2006 S 10, S/2004 S 42, S/2007 S 6, S/2020 S 5, S/2020 S 4, S/2004 S 41, S/2019 S 4, S/2020 S 3, S/2007 S 5.

По итогам пополнения Сатурн стал планетой с самым большим числом спутников в Солнечной системе — теперь у него их 118. А Юпитер, прежний лидер, спустился на второе место со своими 92 спутниками.

Поверхности спутников, вращающихся вокруг газовых гигантов Юпитера и Сатурна, могли сгладиться из-за лунотрясений, считает группа американских учёных. А на Энцеладе глыбы льда при тектонической активности могут выбрасываться прямо в космос.

Горные хребты Ганимеда могли сформировать лунотрясения. Источник изображения: nasa.gov

Астрономам уже давно известно, что некоторые спутники, вращающиеся вокруг Юпитера и Сатурна, соответственно самой большой и второй по величине планет Солнечной системы, являются геологически активными. Это результат колоссального гравитационного влияния планет — оно вызывает лунотрясения, из-за которых ледяные поверхности спутников и их кора растрескиваются. Лунотрясения могут также вызывать оползни, утверждают американские учёные, в результате чего поверхность спутников выравнивается.

Примечательной особенностью ландшафтов спутников Юпитера Европы и Ганимеда, а также спутника Сатурна Энцелада являются крутые горные хребты, окружённые относительно гладкими участками. Традиционно предполагалось, что такая картина является результатом воздействия жидкости, выбрасываемой ледяными вулканами, хотя механизмы их действия на этих холодных лунах во многом продолжают оставаться загадкой. Новая гипотеза американских учёных объясняет эти особенности ландшафта без присутствия жидкостей.

К неожиданным выводам учёные пришли, попытавшись оценить размеры этих хребтов: предполагается, что с одной стороны у них крутые склоны, а с другой — так называемые уступы тектонических разломов. Исследователи сопоставили свои измерения с сейсмическими моделями, чтобы оценить силу лунотрясений на этих спутниках. Как оказалось, их достаточно, чтобы подбрасывать обломки, которые затем скатываются по склону, постепенно выравнивая ландшафт спутников.

Предположения учёных может подтвердить миссия Europa Clipper — аппарат отправится к спутнику Юпитера в 2024 году. Межпланетная станция выйдет на орбиту Юпитера и совершит примерно 50 облётов Европы, делая снимки и собирая прочие данные при помощи набора из девяти инструментов. Она поможет учёным определить, есть ли под ледяной оболочкой луны жидкой океан и условия, необходимые для поддержания материи в жидком состоянии.

Авторы исследования отметили, что наиболее удивительно было обнаружить признаки тектонической активности на Энцеладе — поверхность этого спутника Сатурна составляет всего 3 % от поверхности Европы и 1/650 от земной. Но лунотрясения здесь могут оказаться достаточно мощными, чтобы выбрасывать ледяные обломки с поверхности прямо в космос — прямо как мокрая собака, которая пытается отряхнуться.

Используя архивные данные и наблюдения телескопа «Хаббл» астроном-ветеран сделал интересное открытие, которое 40 лет было на виду и не привлекло к себе внимания. В своей работе он показал, что кольца Сатурна заставляют атмосферу планеты нагреваться. Такое явление никогда ранее не наблюдалось в Солнечной системе, и оно даёт в руки учёных инструмент для поиска колец у экзопланет в иных звёздных системах.

Источник изображения: NASA, ESA, Lotfi Ben-Jaffel (IAP & LPL)

О влиянии частиц колец на верхние слои атмосферы Сатурна в своё время сообщили данные с зонда «Кассини». В конце свей миссии в 2017 году зонд погрузился в атмосферу Сатурна и измерил её составляющие. Данные подтвердили, что многие частицы падают внутрь планеты из колец, но их влияние оставалось неизвестным. Забавно, но воздействие частиц колец на атмосферу Сатурна зафиксировала ещё пара зондов «Вояджер» 40 лет назад, когда пролетала мимо этой планеты. Но тогда учёные сочли сигналы на детекторах помехой и не придали им значение.

Разобраться в вопросе помогли свежие наблюдения за Сатурном с помощью спектрографа телескопа «Хаббл». Целью наблюдений были спектральные линии горячего атомарного водорода в атмосфере планеты. По яркости этих линий можно судить об интенсивности нагрева атмосферы и она явно превышала уровень нагрева от Солнца. Что-то ещё разогревало атмосферу и с явным избытком энергии.

Данные с «Хаббла» помогли откалибровать «шум» в измерениях «Вояджеров», информацию с «Кассини» и данные со старого орбитального телескопа International Ultraviolet Explorer, запущенного ещё в 1978 году и давно выведенного из эксплуатации. Обнаружилось, что избыток ультрафиолета в излучении атмосферы Сатурна присутствовал во всех данных независимо от времени года, орбитального положения Сатурна и активности Солнца. Логичным объяснением этому может быть только одно — частички колец падают в атмосферу и нагревают её, уверен сделавший открытие астрофизик Лотфи Бен-Джаффель (Lotfi Ben-Jaffel) из Института астрофизики в Париже и Лунной и планетарной лаборатории Аризонского университета, автор статьи, опубликованной 30 марта в журнале Planetary Science.

«Мы находимся только в самом начале изучения этого влияния характеристик колец на верхнюю атмосферу планеты. В конечном итоге мы хотим получить глобальный подход, который позволит получить реальные данные об атмосферах далеких миров, — говорит автор. — Одна из целей этого исследования — посмотреть, как мы можем применить его к планетам, вращающимся вокруг других звезд. Назовем это поиском "экзо-колец"».