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

При массе примерно в одну тысячную от массы Луны Энцелад представляет собой чрезвычайно активный маленький спутник. Его тепло, как мы думаем, производится потому, что в десять раз более тяжелая Диона заставляет его двигаться по эксцентрической орбите. Это вызывает приливное трение в основании его ледяной коры, выделяющее примерно 20 гигаватт энергии[208] в области «тигровых полос» около его южного полюса. Но здесь есть проблема: если приливное трение может объяснить впечатляющую геологическую активность на Энцеладе, то, рассуждая по аналогии, Мимас должен испытывать еще более сильный приливный разогрев, так как он выведен на эксцентрическую орбиту из-за резонанса 2:1 с Тефией. Мимас тогда был бы чудом криовулканизма, но вместо этого выглядит как изрытый древними кратерами сфероид возрастом 4 млрд лет, напоминающий из-за циклопического кратера Гершель «Звезду смерти» из «Звездных войн». Еще один замок, к которому не удается подобрать ключа.

Спутник среднего размера Диона на фоне Сатурна. Полосы на поверхности планеты – это тени, отбрасываемые кольцами, которые видны с ребра внизу снимка.

NASA/JPL/SSI

Почему вокруг Сатурна обращается полдюжины спутников среднего размера? Почему у Юпитера их вовсе нет? Возможно, две системы сконструированы под воздействием разных факторов и по различным правилам: Юпитер – как дом на колесах, а Сатурн – как гоночный мотоцикл. Но что-то общее у них есть: масса Титана по сравнению с Сатурном равна массе всех четырех галилеевых спутников в сумме по сравнению с Юпитером. Кроме того, орбитальное расстояние от Титана до Сатурна в радиусах планеты близко к среднему орбитальному расстоянию галилеевых спутников в радиусах Юпитера[209]. Так что в какой-то мере системы Сатурна и Юпитера похожи, если не считать того, что у Сатурна она сжата в один большой спутник.

Это привело к гипотезе, что с Сатурном что-то не так – или, наоборот, все хорошо, если вам нравится то, что вы видите. Несколько лет назад мы со швейцарским астрофизиком Андреасом Рейфером предположили, что у Сатурна когда-то было семейство крупных спутников, сравнимое с юпитерианским. Но вместо того, чтобы двигаться по своим орбитам в согласованном порядке, они однажды слились в одно крупное тело, создав Титан и горстку отставшей мелочи[210]. Механизм, который мы предложили, не слишком отличается от того, как Луна гипотетически сформировалась из разлетевшихся фрагментов мантии Тейи при ее слиянии с Протоземлей.

Это теория о происхождении, и она, соответственно, является более умозрительной, чем теория приливной эволюции, которая более прочно укоренена в реальности. На основе приблизительных скоростей приливной миграции специалисты по динамическому моделированию могут прикинуть, какие орбиты были у спутников Сатурна миллионы лет назад, так же как Дарвин экстраполировал в прошлое приливную миграцию Луны, но на основе более точных данных. Эти экстраполяции свидетельствуют[211], что всего сотню миллионов лет назад Тефия, Диона и Рея испытывали мощное взаимовлияние и, вероятно, сталкивались между собой. Если дело обстоит так, внутри орбиты Титана не может быть ничего древнего. Это согласуется с нашими представлениями о кольцах Сатурна, чью небольшую массу микрометеориты должны были разметать за схожий промежуток времени. Получается, что у всей этой красоты должен быть некий постоянный источник.

* * *

Что же насчет самого Титана? Одна из загадок тут состоит в том, что его орбита имеет гораздо больший эксцентриситет, чем у любого из галилеевых спутников Юпитера. Как мы уже обсудили, ничто не дается даром: рассеивание энергии орбитального движения в виде тепла давно перевело бы Титан на более круговую орбиту, прекратив приливный разогрев. Чтобы сегодня спутник имел эллиптическую орбиту, несколько миллиардов лет назад ее эксцентриситет должен был быть еще сильнее. Мы с Рейфером установили, что череда гигантских ударных слияний могла стать причиной 10-процентного эксцентриситета орбиты Титана, что с течением времени привело бы к сегодняшним значениям; если говорить о приливном разогреве, это напоминало бы хороший запас дров на долгую холодную зиму.

Более того, перебирая модели столкновений, мы показали, что разнообразие спутников среднего размера можно объяснить: крошечный Энцелад получился из нижних слоев мантий сталкивавшихся тел (отсюда его вулканическая активность – результат разложения образовавшихся при высоком давлении твердых фаз), а богатая водой Тефия – из ледяных внешних оболочек. Так эта история обретает геологический смысл, хотя с динамикой тут пока не все гладко.

Заключительная аккреция в истории Титана произошла вскоре после формирования Сатурна, или позднее, как часть ранней миграции Сатурна по типу «прыгающего Юпитера», или даже еще позже – в ходе приливной миграции спутника. (Для нашего понимания, на мой взгляд, очень важно, что система Юпитера избежала подобной судьбы. Юпитер втрое массивнее, что сделало его первоначальный набор спутников более стабильным.) Возникновение Титана в результате гигантских ударных слияний оставило Сатурн с одним огромным спутником и множеством спутников среднего размера, совокупность которых не была стабильной: за следующие несколько миллиардов лет им предстояло решить массу хаотических орбитальных проблем, что время от времени пополняло кольца.

Какой же вывод мы можем сделать из всего этого? Нам просто необходимо вернуться на Титан! Во-первых, там может быть жизнь, и если так, то это обязательно второе творение, а не завезенные с древней Земли безбилетные пассажиры. Во-вторых, это идеальный аналог Земли, с помощью которого мы можем понять, как климат влияет на планету со сложной гидросферой и атмосферой. В-третьих, в происхождении Титана есть множество геофизических загадок, способных пролить свет на происхождение Земли. И в-четвертых, прагматичный аргумент: на Титане будет относительно легко совершить посадку и использовать исследовательские аппараты, поскольку там имеется похожее на земное атмосферное давление и похожая на лунную сила притяжения. Но для того, чтобы отправиться так далеко и, возможно, многое узнать, кто-то должен за это заплатить.

В начале 1970-х гг. казалось, что Солнечная система станет ареной для дружеского соревнования сверхдержав, стремящихся превзойти друг друга техническими достижениями, так что вскоре мы будем путешествовать повсюду. Хотя гонка к Луне и Марсу замерла на сорок лет, кажется, сейчас она вновь начинается: китайский «Чанъэ-4» совершил посадку на обратной стороне Луны, где ранее не садился ни один космический аппарат. Современная программа пилотируемой космонавтики и целенаправленный интерес к исследованию богатых летучими компонентами регионов вокруг южного полюса Луны показывают, что Китай готовится к созданию обитаемой лунной базы с доступом к богатым местным ресурсам.