Эрик Асфог - Когда у Земли было две Луны. Планеты-каннибалы, ледяные гиганты, грязевые кометы и другие светила ночного неба

35-километровая область переходной зоны поверхности Япета, массивного и далекого ледяного спутника Сатурна. Черное на белом или белое на черном?

NASA/JPL

Занявшие свои орбиты вокруг Юпитера галилеевы спутники представляют собой массивные тела в такой стабильной конфигурации, что никакое событие в Солнечной системе, если не считать того, которое их напрямую разрушит, не способно вырвать их из резонанса Лапласа. Они продолжают согласованное обращение вокруг Юпитера с момента своего образования независимо от того, куда и как мигрирует планета. Их движение и приливный разогрев их океанов продолжатся и после гибели Солнца.

Если нас устраивает объяснение того, как Юпитер приобрел цепочку массивных спутников, находящихся в резонансе Лапласа, тогда почему у Сатурна только один крупный спутник, Титан, и множество его мелких собратьев? Одна из версий состоит в том, что Сатурн слишком мал, чтобы создать мощный магнитоэлектрический генератор, необходимый для расчистки центрального просвета во внутреннем диске. Без такого просвета спутники продолжали один за другим падать на планету по спирали, а Титан, как гласит эта теория, оказался последним в их череде и остановился, когда газа просто не осталось. Но в случае Сатурна нам нужно объяснить существование не только Титана, но и ряда спутников среднего размера – объектов, которых нет в системе Юпитера.

При обсуждении происхождения системы Сатурна самый важный для нас спутник среднего размера – это, видимо, Япет, который в два раза меньше Луны и обращается в три раза дальше Титана по орбите со значительным наклонением. Все это нуждается в объяснении. Плотность Япета немного выше, чем у льда, при этом часть его поверхности ослепительно бела, а другая – черна как смоль. Чтобы передать его странность, скажу, что, после того как с аппарата «Кассини» пришли снимки поверхности Япета в высоком разрешении, ученым экспедиции осталось только чесать затылки и обмениваться электронными письмами, пытаясь придумать, что же сообщить прессе. Несколько из них считали, что черные области, состоящие из органического материала темнее угля, наложены на белоснежную поверхность. Другие придерживались противоположного мнения – это белое лежит на черном. И у каждого лагеря имелась теория для подкрепления своей версии.

Каждый из спутников среднего размера, обращающихся вокруг Сатурна, имеет собственную странную геологию, и в том, как именно они отличаются друг от друга, нет никакой системы, что также чрезвычайно озадачивает. Япет – только начало этой кроличьей норы странностей, один из «восьми гномов», которых в этом случае назвали в честь греческих гигантов и титанов: Мимас, Энцелад, Тефия, Диона, Рея, а далее, за Титаном – Гиперион, Япет и Феба [207](последняя, находящаяся на странной орбите и имеющая размер меньше, чем у остальных, возможно, представляет собой захваченный объект пояса Койпера). Спутники Сатурна настолько разнообразны, что, по крайней мере на мой взгляд, они являются лучшей лабораторией для изучения происхождения разнородности планет.

Космический аппарат «Кассини» провел 13 лет, обращаясь вокруг Сатурна, что позволило подвести четкую базу под сотни лет астрономических наблюдений за моментами, когда спутники выглядывали из-за диска планеты. В итоге мы смогли неплохо разобраться, как происходила приливная эволюция орбит спутников. Мы увидели , как Сатурн меняет движение своих спутников. Чтобы это происходило с такой скоростью, внутренние области Сатурна должны быть в тысячу раз более диссипативными, чем у Юпитера, то есть в них должно наблюдаться намного большее вязкое трение, так что на орбиты спутников передается в тысячу раз больше энергии и миграция происходит быстро. Хотя мы не понимаем причину этих различий, внутренние области Сатурна значительно отличаются от юпитерианских, и он имеет намного более слабое магнитное поле. В конце концов, как доказал Ньютон еще много столетий назад, объемная плотность Сатурна в два раза меньше, чем у Юпитера, – 0,7 г/см 3, меньше, чем у воды.

Гиперион – самый маленький из спутников среднего размера в системе Сатурна. Он обращается в резонансе 4:3 с Титаном. Его средний диаметр составляет 270 км, а объемная плотность – чуть больше половины плотности льда, как у ядер комет. Гиперион имеет очень высокую пористость. На этом фото различимы структуры размером около километра. Хребты с плоскими стенками обращены к тому, что может быть зоной древнего ударного взаимодействия или глобального структурного коллапса. Маленькие вмятины – это, видимо, ударные кратеры, которые разрослись в сплошные соты при сублимации льда. Нам по-прежнему многое неясно и про сам Гиперион, и про его взаимодействие с Титаном.

NASA/JPL/SSI

Вот краткий геологический обзор основных спутников Сатурна в порядке удаления от планеты; судите сами, есть ли тут какая-то логика. Первым идет геологически мертвый Мимас с диаметром 400 км и плотностью водяного льда. Следующий – Энцелад, одно из самых активных тел в Солнечной системе, с диаметром 500 км и объемной плотностью смеси равного объема горных пород и льда. Там постоянно бьют гейзеры богатой аммиаком воды, вырывающейся из глобального океана. За ним идет Тефия, которая, как и Мимас, состоит в основном из твердого водяного льда, но в 20 раз тяжелее. Далее находятся самые крупные, наряду с Япетом, из всех спутников среднего размера – Диона и Рея. Обе примерно наполовину состоят из горных пород, а наполовину изо льда; обе странные и сложные, но совершенно непохожие друг на друга. За ними – наш старый знакомец Титан диаметром 5000 км, что заметно больше, чем у планеты Меркурий, и в десять раз тяжелее Плутона. Во многих отношениях он является прекрасным аналогом Земли.

Титан примерно равен по размеру Ганимеду и Каллисто, самым крупным спутникам Юпитера, но контраст между ними огромен. Титан – чрезвычайно активная планета с плотной азотной атмосферой, ледяными континентами и метановыми морями. Там есть большие углеводородные озера протяженностью в сотни километров, лежащие на коре из прочного водяного льда толщиной десятки километров. Ниже подогреваемая изнутри приливным трением и радиоактивным распадом ледяная кора Титана под огромным давлением предположительно переходит в жидкость, как на Европе и Ганимеде. Другими словами, мы считаем, что на Титане есть океаны двух видов: наверху углеводородные моря с сообщающимися с ними болотами, дренажными каналами и водоносными слоями, затем твердая ледяная кора, а под ней – водный океан.