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

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/см3, 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.

За орбитой Титана и в орбитальном резонансе 4:3 с ним обращается Гиперион, нерегулярное по форме хаотически вращающееся тело, гораздо менее плотное, чем лед, что говорит о его значительной пористости. Наконец, наступает очередь Япета – ложки дегтя сразу во многих теориях, – обращающегося на том же относительном расстоянии от Сатурна, что и Луна от Земли, в 60 радиусах планеты, но с большим наклонением орбиты. За Япетом находится Феба, спутник неправильной формы, который, кажется, относится к бродячим объектам пояса Койпера, а за ней кружатся еще десятки нерегулярных спутников, которые предположительно тоже попали в гравитационную ловушку планеты-гиганта.

Южная полярная область Энцелада, 500-километрового спутника Сатурна. Фото получено аппаратом «Кассини» в 2009 г. На переднем плане – «тигровые полосы», в том числе рытвины Багдад, где бьют потрясающие гейзеры. Эти элементы рельефа ярко сияют в инфракрасных лучах.

NASA/JPL/SSI

Для характеристик основных спутников Сатурна, будь то расстояние до планеты, диаметр или состав, не просматривается каких-либо конкретных тенденций. Создается впечатление, что Бог наугад создал такой-то спутник среднего размера и поместил его сюда, а потом соорудил еще один, на этот раз с ледяной корой потолще и меньшим содержанием горных пород, и поместил его туда. Но как бы они ни сформировались, их позиции на самом деле тесно увязаны: Титан ведет Гиперион в резонансе 4:3, Диона подстегивает Энцелад в резонансе 2:1, Тефия связана с Мимасом в резонансе 2:1 и так далее. Как ни странно, Тефия и Диона имеют по паре собственных коорбитальных спутников (один совсем мелкий, второй чуть массивнее), которые делят с ними их орбиты вокруг Сатурна. Сейчас эти их орбитальные товарищи стабильны; возможно, они представляют собой осколки, захваченные после столкновения – мы еще вернемся к этой идее, когда будем обсуждать нашу собственную Луну.

Мы можем провести примерную аналогию между системой Сатурна и Солнечной системой в целом. Пусть Мимас и Энцелад соответствуют Меркурию, тогда Тефия, Диона и Рея (крупные спутники среднего размера) будут Венерой, Землей и Марсом, Титан – Юпитером и Сатурном, а Япет – Ураном и Нептуном. Разумеется, это изрядная натяжка. Во-первых, настоящие планеты гораздо больше. Во-вторых, среди планет есть только слабые признаки тех взаимосвязанных орбитальных резонансов, которые спутники среднего размера демонстрируют так ярко. Наконец, на спутники действуют приливные силы Сатурна, подогревая их и меняя их орбиты, чего не происходит в случае планет, которые обращаются в десятках и сотнях миллионов километров от своей звезды.