На 504-километровом спутнике Сатурна Энцеладе бьют гейзеры — но не из горячей воды, а из ледяной. Струи взмывают на сотни километров в космос, формируя E-кольцо планеты-гиганта.
Эта активность связана с тем, что под 20-километровой ледяной корой скрывается глобальный океан. Зонд NASA «Кассини», изучавший систему окольцованного гиганта с 1 июля 2004 года до 15 сентября 2017 года, обнаружил в выбросах сложные органические молекулы, водород, соли — все, что нужно для зарождения и поддержания жизни.
Почему обнаружение водорода, самого распространенного элемента во Вселенной, так интригует? Дело в том, что его присутствие указывает на гидротермальные процессы на дне океана — там, где горячая вода взаимодействует с породами. Аналогичное есть и на дне земных океанов — гидротермальные источники "черные курильщики", которые являются "оазисами жизни", процветающей на морской глубине без доступа к солнечному свету.
Откуда энергия?
Откуда столь крошечный мир берет энергию для извержений? Приливные силы Сатурна разогревают недра спутника изнутри. Орбита Энцелада слегка вытянута, и гравитация гиганта то сжимает, то растягивает его. Эти непрерывные процессы генерируют тепло. Трение превращает лед в воду, давление — в гейзеры.
Примечательно, что гейзерная активность сконцентрирована на южном полюсе спутника, что можно объяснить более тонкой ледяной корой. Там проходят четыре гигантских разлома — "тигровые полосы". Именно из них вырываются ледяные фонтаны, питающие кольцо Сатурна и обновляющие и без того белоснежную поверхность Энцелада.
Миссия будущего
Вне всяких сомнений Энцелад — один из главных кандидатов на роль дома для внеземной жизни. И для проверки этого нам даже не нужно бурить — океан сам великодушно выплескивается в космос.
Европейское космическое агентство (ESA) планирует организацию масштабной миссии к Энцеладу, подразумевающей не только отправку орбитального аппарата, но и спускаемого модуля, который совершит посадку на южный полюс для сбора образцов выбросов непосредственно у источника.
Если под льдами Энцелада действительно существует жизнь, мы можем найти ее доказательства уже в ближайшие десятилетия. А если мы не найдем там жизнь? Тогда мы будем искать ответ на вопрос, почему в идеальных условиях она не появилась.
Япе́т — удивительный спутник Сатурна со средним диаметром 1 469 километров. Он был открыт в 1671 году итальянским астрономом Джованни Доменико Кассини, в честь которого назвали космический аппарат NASA "Кассини", изучавший систему окольцованного газового гиганта с 1 июля 2004 года до 15 сентября 2017 года.
Итак, давайте же совершим небольшое виртуальное путешествие к Япету, чтобы поближе познакомиться с этим далеким и холодным миром, природа которого до сих пор остается одной из главных загадок Солнечной системы.
Двуликий гигант
Первое, что бросается в глаза при изучении снимков Япета, так это его кардинально разные полушария. Одна сторона сатурнианской луны красно-коричневая, а вторая — ослепительно белая. Альбедо* темной стороны составляет всего 0,05 (как копоть), в то время как альбедо светлой стороны — 0,5—0,6 (поверхность почти столь же яркая, как свежевыпавший снег).
*Альбедо — коэффициент, показывающий, какая доля падающего на поверхность света отражается.
Эта дихотомия настолько выражена, что первооткрыватель Кассини мог наблюдать спутник только с одной стороны Сатурна. Япет находится в приливном захвате — он всегда повернут к планете одной стороной, поэтому когда темное полушарие было направлено к Земле, спутник становился невидимым для телескопов XVII века. Именно Кассини, имея в своем распоряжении примитивные по современным меркам инструменты, был первым, кто пришел к выводу, что у Япета есть темная и светлая стороны.
Загадочный экваториальный хребет
Наблюдения космического аппарата "Кассини" выявили еще одну уникальную особенность — гигантский хребет, опоясывающий Япет точно по экватору.
Высота этого горного массива, неофициально именуемого "Стена Япета", достигает 20 километров при ширине основания до 200 километров. Протяженность этого образования составляет более 1 300 километров!
Когда-то у Япета была кольцевая система, которая в ходе гравитационных возмущений осела на экваторе;
Приливные силы Сатурна сжимали и растягивали молодой Япет, внутренности которого были еще достаточно гибкими. По мере остывания спутника растягивание становилось все менее эффективным, а после и вовсе завершилось финальным сжатием и застыванием "выдавленного" материала у экватора.
Обратите внимание: хребет покрыт многочисленными кратерами, что свидетельствует о его древнем происхождении. Вероятно, Япет обзавелся им вскоре после своего формирования.
Мы не знаем никакого другого тела в Солнечной системе, обладающего подобной структурой.
Древние кратеры-великаны
Поверхность Япета усеяна гигантскими кратерами, крупнейший из которых Абим (лат. Abisme) имеет диаметр около 800 километров. Высота краев (приподнятость краев над дном кратера) этого ударного образования превышает десять километров.
Долгое время доминировала гипотеза, что темное вещество, окутывающее одно из полушарий Япета, — это пыль и органические соединения, которые были выбиты с поверхности нерегулярного спутника Фебы микрометеоритами. Однако спектральный анализ, осуществленный "Кассини", показал несоответствие составов.
Сегодня ученые склоняются к версии, что источником вещества может быть спутник Гиперион, состав которого практически идентичен темному материалу на Япете. Эта субстанция содержит водяной лед, аммиак, углерод и оксид железа, которые под воздействием космической радиации и солнечного излучения приобрели характерный красноватый оттенок.
Толщина темного слоя составляет всего несколько метров.
Ледяные полярные шапки
На полюсах Япета зонд "Кассини" обнаружил ярко-белые области, представляющие собой результат уникального процесса перераспределения водяного льда. Под влиянием солнечного света темная поверхность нагревается до 130 Кельвинов (примерно -143 градуса Цельсия), заставляя лед сублимировать, а затем выпадать осадками на более холодных полюсах.
Перед вами один из самых удивительных снимков космического аппарата NASA "Кассини" — галактика Сомбреро, расположенная в 28 миллионах световых лет от нас.
Ее необычная форма, напоминающая мексиканскую шляпу, создается благодаря двум компонентам — яркому центральному балджу (выпуклости в центре галактики) и темной полосе космической пыли, опоясывающей галактику по экватору.
Интересно, что масса этой галактики примерно в 800 миллиардов раз больше массы нашего Солнца, а в ее центре находится сверхмассивная черная дыра, масса которой равна миллиарду солнечных масс! Именно из-за этого центр галактики светится так ярко — это свечение создается раскаленным газом, падающим в черную дыру.
Удивительно, но этот снимок "Кассини" сделал, находясь у Сатурна — на расстоянии около 1,4 миллиарда километров от Земли.
Международная команда ученых сделала важнейшее открытие при анализе архивных данных миссии NASA "Кассини", в рамках которой с 30 июня 2004 года до 15 сентября 2017 года изучалась система Сатурна: в ледяных частицах, выбрасываемых гейзерами 504-километрового спутника Энцелада, обнаружены фосфаты натрия — соединения, критически важные для возникновения жизни. Это первое подтверждение наличия соединений фосфора в океанах за пределами Земли.
Фосфор является одним из фундаментальных элементов жизни на Земле, входя в состав ДНК, клеточных мембран и участвуя в энергетическом обмене всех живых организмов. Обнаружение фосфатов в океане Энцелада существенно повышает оценку потенциальной обитаемости этого спутника Сатурна.
Открытие стало возможным благодаря данным, собранным анализатором космической пыли, который был установлен на борту космического аппарата "Кассини". Анализатор улавливал и исследовал ледяные частицы, выбрасываемые из подповерхностного океана Энцелада во время гейзерной активности на его южном полюсе. Чтобы получить доступ к исходному материалу, "Кассини" пришлось несколько раз пролететь сквозь струи водяного пара и захватить крупицы льда, несущие бесценную информацию о подповерхностном океане.
Анализ показал, что концентрация фосфатов в океане Энцелада минимум в 100 раз превышает содержание аналогичных соединений в земных океанах. Этот факт оказался неожиданным даже для ученых, которые ранее предполагали наличие фосфора в океане спутника (но точно не в таких значительных количествах).
Перспективы исследований
Новое компьютерное моделирование указывает на вероятность обнаружения высоких концентраций фосфатов в подповерхностных океанах других спутников газовых гигантов – Европы и Ганимеда (спутники Юпитера), Мимаса и Дионы (спутники Сатурна). Это предположение можно будет проверить благодаря будущим космическим миссиям.
К системе Юпитера уже направляются зонды ESA JUICE и NASA Europa Clipper, которые достигнут цели в 2031 и 2030 годах соответственно. Основными объектами исследования JUICE станут три крупнейших спутника газового гиганта: Ганимед, Европа и Каллисто. А вот Europa Clipper сосредоточит все внимание на Европе. Обе миссии соберут данные о поверхности этих ледяных миров, их внутренней структуре и активности, что поможет лучше понять условия в их подповерхностных океанах и оценить их потенциальную обитаемость.
Обнаружение высоких концентраций фосфатов в океане Энцелада – важный шаг в понимании распространенности условий, необходимых для возникновения жизни. Если подобные концентрации характерны для подледных океанов других спутников, это может указывать на более широкое распространение базовых компонентов жизни в Солнечной системе, чем предполагалось ранее.
Перед вами поразительное свидетельство одного из самых смелых путешествий человечества – вид на поверхность Титана, загадочного спутника Сатурна, заснятый в момент исторической посадки зонда Европейского космического агентства (ESA) "Гюйгенс".
Это удивительное изображение – результат кропотливой работы по объединению сотни снимков, сделанных 14 января 2005 года, когда спускаемый аппарат пронзал плотную атмосферу сатурнианского спутника.
Исторический спуск
"Гюйгенс" вошел в историю как первый — и пока последний — рукотворный объект, совершивший посадку на поверхность небесного тела во внешней Солнечной системе. Эти кадры, полученные с высоты 8-17 километров над поверхностью, открывают нам инопланетный пейзаж, который одновременно кажется странно знакомым и совершенно чужим.
Ксанаду: край вечной органики
Место посадки, получившее романтическое название Ксанаду, оказалось настоящей сокровищницей для ученых. На изображении мы видим поверхность, покрытую органическими соединениями – результат удивительных фотохимических реакций в атмосфере Титана. Эти вещества, медленно оседая, создают уникальный ландшафт, напоминающий земные пустыни, но с совершенно иной химической природой.
Особое внимание привлекают белые пятна на поверхности – предположительно, это водяной лед, который буквально "выдавливается" из недр спутника мощными приливными силами Сатурна. Это свидетельство того, что Титан – геологически активное тело.
Возможно, самое интригующее на изображении – разветвленная сеть каналов, прорезающих поверхность. Они удивительно похожи на земные речные системы, но здесь "дожди" идут не водяные, а метановые. Представьте себе реки из жидкого природного газа, текущие по поверхности при температуре -179 градусов Цельсия!
Это изображение – не просто научные данные. Это окно в мир, где знакомые нам геологические процессы разворачиваются в совершенно иных условиях, создавая ландшафт, одновременно похожий и непохожий на земной. Титан продолжает оставаться одним из самых загадочных и перспективных мест для поиска внеземной жизни в Солнечной системе.
Сатурн, шестая планета от Солнца, известна своей впечатляющей системой колец, которая продолжает удивлять ученых своими загадками. Одна из таких загадок — существование гигантских "ледяных гор" на краю кольца B, бросающих вызов нашему пониманию динамики и эволюции этих загадочных космических структур.
Кольца Сатурна представляют собой удивительное явление в нашей Солнечной системе. Эти плоские и тонкие образования, напоминающие гигантский космический диск, состоят преимущественно из частиц водяного льда, размеры которых варьируются от микроскопических пылинок до массивных глыб в сотни метров. Несмотря на свои внушительные размеры — диаметр системы колец достигает 282 000 километров — их толщина в среднем не превышает 10 метров.
Система колец Сатурна разделена на несколько основных сегментов, обозначаемых буквами в порядке их открытия. Главные кольца, видимые с Земли, — это кольца A, B и C. Между кольцами A и B находится знаменитое "деление Кассини" — промежуток шириной около 4 500 километров, названный в честь итальянско-французского астронома Джованни Доменико Кассини, который первым заметил его в 1675 году.
Загадочные горы на краю кольца B
Одним из самых интригующих открытий, связанных с кольцами Сатурна, стало обнаружение гигантских "ледяных гор" на внешнем крае кольца B. Эти структуры, достигающие высоты до четырех километров над плоскостью колец, кажутся невероятным явлением в контексте относительно плоской и тонкой системы колец.
Профессор планетологии Карл Мюррей из Университета Куин Мэри в Лондоне, один из исследователей этого феномена, отмечает:
"Эти структуры бросают вызов нашему пониманию динамики колец. Их существование указывает на сложные процессы, происходящие в кольцевой системе Сатурна, которые мы только начинаем понимать".
Теория формирования ледяных гор
Ученые предполагают, что эти объекты больше похожи на гигантские "ледяные сталагмиты", чем на традиционные горные образования. Их формирование — результат длительного и сложного процесса, занявшего, по оценкам, несколько миллионов лет.
Согласно преобладающей теории, эти структуры образовались из ледяной пыли, выбиваемой астероидами и метеоритами с поверхности ближайших спутников Сатурна, таких как Мимас, Энцелад и Тефия. Эта пыль постепенно накапливалась на краю кольца B, где гравитационные возмущения от спутников и самого Сатурна создали условия для формирования вертикальных структур.
Доктор Кэролин Порко, руководитель команды обработки изображений миссии NASA "Кассини", объясняет:
"Эти структуры могут быть результатом сложного взаимодействия гравитационных сил Сатурна и его спутников, а также коллизий между частицами в кольцах. Это демонстрирует, насколько динамичной и сложной может быть система колец".
Уникальные условия наблюдения
Получить изображения этих загадочных структур можно только в особых условиях — во время равноденствия на Сатурне, которое происходит примерно каждые 15 земных лет. В этот период геометрия освещения планеты меняется таким образом, что угол падения солнечных лучей на плоскость колец становится минимальным.
Это приводит к тому, что ледяные горы отбрасывают длинные тени, делая их видимыми для космических аппаратов. Такие условия наблюдения предоставляют ученым редкую возможность изучить трехмерную структуру колец Сатурна.
Миссия "Кассини" и ее наследие
Космический аппарат NASA "Кассини", названный в честь астронома, открывшего знаменитое деление в кольцах, сыграл ключевую роль в изучении этого феномена. 26 июля 2009 года, находясь на расстоянии около 336 000 километров от Сатурна, "Кассини" сделал знаменитый снимок, запечатлевший ледяные горы на краю кольца B.
Миссия "Кассини", продлившаяся с 1997 по 2017 год, предоставила ученым беспрецедентный объем данных о Сатурне, его кольцах и спутниках. Даже после завершения миссии, когда аппарат был намеренно направлен в атмосферу Сатурна для уничтожения, анализ собранных им данных продолжает приносить новые открытия.
Значение для науки и будущие исследования
Открытие ледяных гор в кольцах Сатурна имеет огромное значение для планетарной науки. Оно не только расширяет наше понимание процессов, происходящих в системе колец, но и предоставляет новые данные о формировании и эволюции планетарных систем в целом.
Профессор Джонатан Лунин из Корнельского университета подчеркивает важность этого открытия:
"Эти структуры — как окно в прошлое Солнечной системы. Они могут содержать ключи к пониманию процессов формирования планет и их спутников".
Будущие миссии к Сатурну, несомненно, уделят особое внимание изучению этих загадочных образований. Использование более совершенных инструментов и новых методов наблюдения может помочь раскрыть тайны формирования и эволюции колец Сатурна, а также пролить свет на историю всей Солнечной системы.
