Группа учёных из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе создала модель, которая показывает возможные пути распространения геологических и биологических образцов из недр и океана ледяного спутника Сатурна Энцелада. Модель объясняет образование кольца E вокруг Сатурна и обещает более простые поиски биологической жизни под многокилометровым ледяным панцирем Энцелада.

Энцелад в кольце E Сатурна. Источник изображения: NASA/JPL/Space Science Institute)

Посетившая систему Сатурна межпланетная автоматическая станция «Кассини-Гюйгенс» среди прочих исследований сделала физико-химический анализ кольца E вокруг Сатурна, которое, как считается, в основном состоит из вещества, выброшенного из недр спутника Сатурна Энцелада. Об этом говорят размеры зёрен и химический состав вещества — кремнезём. Но как оно туда попадает, исходя из недр Энцелада, проходя 10-км толщу воды подлёдного океана и преодолевая 20-км ледяной щит подповерхностного океана, доподлинно неизвестно.

Предложенная учёными модель объясняет физику процесса, во-первых, гравитационным влиянием Сатурна на Энцелад, во-вторых, геологическими процессами на Энцеладе и, в-третьих, физическими процессами в его океане.

Поскольку орбита Энцелада не круговая, а эллиптическая, приливные силы деформируют ядро луны, порождая трещины и выход тепла ядра через них в океан. Тем самым происходит выброс частиц кремнезёма в толщу воды, где они вместе с возможным биологическим материалом подхватываются конвекционными потоками и возносятся к поверхности. Подчеркнём, всё это описано не словами, а математической моделью, имитирующей настоящие физические процессы с высокой точностью.

Через трещины во льдах минеральные образцы со дна Энцелада и возможные образцы биологической жизни выбрасываются гейзерами на поверхность и в космическое пространство луны. Аналогичные процессы наблюдаются в земных условиях и хорошо изучены на примере геотермальных источников, где, кстати, полно жизни даже в отсутствии солнечного света. Всё это по аналогии позволяет надеяться найти биологическую жизнь также и на Энцеладе или на другой из лун Сатурна или Юпитера с похожими условиями.

Проект посадочного зонда NASA для изучения спутника Сатурна Титана. Источник изображения: Johns Hopkins/APL

Самое замечательное во всей этой истории, что для поиска признаков жизни на ледяных лунах не нужно готовить невообразимую по сложности экспедицию с бурением десятков километров льда и погружением в океан и на его дно. Признаки жизни на Энцеладе будут везде на её поверхности, для нахождения которых будет достаточно сравнительно простого спускаемого аппарата. И такие аппараты уже проектируются, но это уже другая история.

Впервые загадочные радиальные образования на кольцах Сатурна чётко зафиксировали космические аппараты «Вояджер», посетившие систему Сатурна в 80-х годах прошлого века. С тех пор учёные пытаются разгадать загадку образования «спиц» и не могут положить конец научному спору об этом явлении. Мешает внести ясность сезонность явления, которое длится 7 лет из 30 во время полного оборота Сатурна вокруг Солнца.

Слева на кольцах видны тёмные пятна — это те самые спицы. Источник изображения: NASA, ESA и Amy Simon (NASA-GSFC);

В северном полушарии Сатурна весеннее равноденствие наступит 6 мая 2025 года. Возникновение спиц на кольцах планеты-гиганта ранее наступало за несколько лет до дня равноденствия и длилось несколько лет после него. Тем самым учёным можно приступать к наблюдению этого редкого явления, для чего в программе «Хаббла» предусмотрены соответствующие окна. И первые снимки спиц в новом цикле этот космический телескоп уже получил, о чём сообщили в NASA.

Новые наблюдения будут объединены с предыдущими наблюдениями зонда «Кассини». Эта межпланетная станция с относительно близкого расстояния наблюдала кольца Сатурна по 2017 год включительно. Последнее равноденствие Сатурна произошло в 2009 году, что позволило зонду собрать ценную информацию по спицам — светлым или тёмным (в зависимости от угла обзора) радиальным образованиям в области колец, отдалённо напоминающим спицы в колесе.

По мере приближения весеннего равноденствия в северном полушарии Сатурна его кольца всё сильнее наклоняются к Солнцу. К моменту летнего или зимнего солнцестояния, когда Солнце находится на максимально высокой или низкой широте спицы исчезают. Предполагаемая причина возникновения спиц — это переменное магнитное поле планеты. Поле взаимодействует с солнечным ветром, что создаёт электрически заряженную среду. На Земле, например, это ведёт к возникновению северного сияния.

Заряженная среда в области колец Сатурна может заставлять мельчайшие частицы колец взлетать над кольцами, временно и материально обозначая силовые линии магнитного поля планеты. Это делает их видимыми на фоне колец из более крупных глыб. Свет и тень сильнее подчёркивают эффект отделения, что позволит «Хабблу» лучше рассмотреть это явление и, быть может, поставить точку в вопросе о его происхождении и механизмах.

Спутник Сатурна под именем Мимас, возможно, генерирует достаточное количество тепла для поддержания существования водяного океана под его ледяной поверхностью. Недавнее моделирование ударного кратера Гершель — самого заметного объекта на поверхности спутника, а также отсутствие на объекте тектонической активности поддерживает теорию о существовании геологически молодого внутреннего океана, окружённого относительно тонкой ледяной «скорлупой».

Источник изображения: NASA

К соответствующим выводам пришли исследователи Юго-Западного исследовательского института (SwRI) в Сан-Антонио (Техас, США). Учёные сообщили, что в последние дни миссии Кассини у Сатурна космический аппарат зафиксировал любопытную либрацию — колебание характеристик вращения Мимаса, что часто свидетельствует о наличии геологической активности, способной поддерживать существование внутреннего океана.

Впрочем, несмотря на эти колебания, испещрённая кратерами поверхность Мимаса сначала заставила учёных рассматривать луну только как кусок льда, поскольку прочие океанические миры вроде Энцелада с его гейзерами или другие луны Сатурна, обычно демонстрируют разные признаки геологической активности. У Мимаса они отсутствуют.

Мимас казался маловероятным кандидатом на наличие океана, поскольку его замёрзшая поверхность с одним огромным ударным кратером не позволяла предполагать о наличии такой активности. Другими словами, если на Мимасе всё-таки есть жидкая вода, речь идёт о новом классе — «стелс-океане», никак не проявляющем себя.

Но, когда учёные моделировали формирование ударного кратера Гершель, они установили, что ледяная оболочка на момент удара должна была бы быть как минимум 55 км толщиной. Тем временем наблюдения и моделирование свидетельствуют, что сейчас её толщина составляет менее 30 км. Другими словами, внутренний океан потеплел и расширился с тех пор, как произошёл удар. Более того, форма кратера соответствовала моделям только при учёте возможного существования внутреннего океана. По мнению учёных, новые модели ставят под сомнение современное понимание термоорбитальной эволюции.

Как заявляют исследователи, если Мимас получит статус луны с внутренним океаном, это позволит оценить модели его формирования и эволюции, что поможет лучше понять природу колец Сатурна и лун среднего размера, а также оценить распространённость океанических лун, в частности, у Урана. Мимас является привлекательной целью для дальнейшего изучения.

Результаты исследований опубликованы в журнале Geophysical Research Letters 26 декабря.

NASA показали снимки облаков и атмосферы спутника Сатурна Титана, сделанные космическим телескопом «Джеймс Уэбб», которые позволят лучше изучить его атмосферу. Этот спутник является одним из самых интересных объектов в Солнечной системе. Зелёно-голубой окрас объекта напоминает Землю, и это единственное место в Солнечной системе помимо нашей планеты, в котором существуют моря, реки и озёра, только вот состоят они не из воды.

Источник изображения: NASA

Единственный мир в Солнечной системе помимо Земли, имеющий плотную атмосферу, также является и единственным планетарным телом в звёздной системе помимо нашей планеты, наделённым морями, реками и озёрами, только состоящими из жидких метана и этана. При этом атмосфера Титана заполнена густым туманом, скрывающим видимый свет, отражающийся от поверхности, что затрудняет изучение спутника, но для «Джеймса Уэбба» это не помеха.

По данным NASA, учёные годами ждали возможности использовать инфракрасные приборы «Джеймса Уэбба» для изучения атмосферы Титана, включая её удивительные погодные условия и газовый состав. Атмосфера Титана чрезвычайно интересна не только из-за метановых облаков и бурь, но и потому, что она может рассказать о прошлом Титана, включая то, всегда ли луна Сатурна имела атмосферу вообще.

Изучив изображения, снятые камерой NIRCam в ближнем инфракрасном диапазоне, учёные смогли установить, что яркое пятно в северном полушарии Титана фактически является большим облаком, а вскоре было обнаружено и второе облако. Выявление облаков является важным событием, поскольку подтверждает прежние компьютерные модели климата Титана, согласно которым облака формируются в середине северного полушария в конце лета, когда поверхность прогрета Солнцем.

Источник изображения: NASA

Позже учёные решили выяснить, двигались ли облака и меняли ли форму — это могло бы помочь изучить движение атмосферы на этой луне. Специалисты NASA связались с наземной Обсерваторией Кека на Гавайях, которая и подтвердила наличие облаков, к тому времени изменивших форму. Эксперты по моделированию атмосферных процессов не смогли подтвердить, что обнаруженные в разные дни облака — одни и те же, зато факт их присутствия служит подтверждением сезонности погодных изменений.

Дополнительно команда получила данные от спектрографа ближнего ИК-диапазона NIRSpec, получающего данные об излучении, недоступном для наземных обсерваторий из-за влияния земной атмосферы. Данные, которые всё ещё анализируются, позволят узнать о составе нижних слоёв атмосферы Титана и его поверхности, а также о том, чем является яркое пятно над южным полюсом.

В мае или июне 2023 года должны появиться дополнительные данные от NIRCam и NIRSpec, а также первые данные от инструмента среднего инфракрасного диапазона MIRI, все они установлены на «Джеймс Уэбб». Данные MIRI позволят изучить дополнительную часть спектра, включая излучение от Титана, ранее не регистрировавшееся в принципе. Это обеспечит исследователей информацией о сложных газах в атмосфере объекта, а также, вероятно, поможет открыть секрет — почему Титан является единственной луной в Солнечной системе, имеющей плотную атмосферу.

Международная команда учёных обнаружила новые доказательства в пользу теории о возможной жизни на одном из спутников Сатурна. Речь идёт об Энцеладе, в океане которого, как считают исследователи, может содержаться раствор фосфора — необходимый для биологической жизни элемент. Об этом пишет ТАСС со ссылкой на китайское агентство «Синьхуа».

Источник изображения: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute

Напомним, фосфор является необходимым компонентом костей, клеточной мембраны и ДНК человека, а также животных. Прежде учёные обнаружили на Энцеладе водород, азот, кислород и серу — важные для возникновения жизни элементы. Однако из-за отсутствия фосфора спутник Сатурна считался необитаемым.

Теперь же группа исследователей под руководством Хао Цзихуа создала модель взаимодействия воды и горных пород каменистого дна океана Энцелада, на основании чего и было сделано предположение о наличии фосфора. «Океаническая вода на планете оказалась очень щелочной (очень солёной) и лишённой кислорода, подобно газированной воде, которую люди пьют на Земле», — отметил Цзихуа. Он считает, что в такой водной среде фосфору из горных пород потребовалось бы около 100 млн лет, чтобы полностью раствориться.

Учёные не исключают, что океан на Энцеладе мог существовать более 100 млн лет. С учётом данного фактора исследователи считают, что горные породы спутника за этот период могли выделить значительное количество фосфора в океан.

Сатурн — одна из самых уникальных планет Солнечной системы и, прежде всего, благодаря наличию своих великолепных колец. До начала 80-х годов XX века кольца Сатурна считались рождёнными на заре становления нашей звёздной системы. Однако современные средства астрономического наблюдения позволили заподозрить, что кольцам Сатурна около 100 млн лет и появились они совсем недавно — в эпоху земных динозавров, что также утверждает новая гипотеза.

Источник изображения: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Первые доказательства молодости колец Сатурна в начале 80-х годов прошлого века представили сотрудник Массачусетского технологического института (MIT) Скотт Тремейн (Scott Tremaine) и учёный Калтеха Питер Голдрейх (Peter Goldreich). Основываясь на скорости движения ледяных частиц в кольцах и на том, как часто они сталкиваются и изнашивают друг друга, они сделали заключение об относительной молодости колец.

Миссия зонда «Кассини» к Сатурну в 2017 году собрала новые доказательства относительно недавнего появления колец. Кольца свободны от космической пыли, которой там за миллиарды лет существования Сатурна накопилось бы заметное количество. «Кассини» собрал данные об объёме пыли в межпланетном пространстве рядом с кольцами и оценил массу колец. Оказалось, что кольца содержат всего 1 % межпланетной пыли. Они блестят как новенькие! Безусловно, пыль могла упасть под воздействием гравитации на Сатурн, поэтому данное исследование надо воспринимать в комплексе с другими.

В свежей научной работе под руководством Джека Уисдома (Jack Wisdom) из Массачусетского технологического института представлен физический механизм, который не только объясняет наклон оси вращения Сатурна и эксцентриситет орбиты его крупнейшей луны Титана, но и предполагает, что возраст колец должен быть близок к 100 млн лет.

В новой гипотезе даётся ответ на четыре главные загадки Сатурна: появление колец и их возраст, наклонение Сатурна относительно орбиты вокруг Солнца и эксцентричная орбита Титана. Решением всех четырёх загадок назван гипотетический естественный спутник Сатурна, гравитационный разрыв которого произошёл около 100 млн лет назад и привёл к появлению колец. Учёные назвали взорвавшуюся сатурнианскую луну «Хризалис» (Chrysalis).

В своём исследовании учёные создали физическую модель, которая объясняет всю происшедшую 100 млн лет назад драму космического масштаба. Гипотеза предполагает, что к определённому моменту Хризалис привела прецессию Сатурна в состояние резонанса с прецессией узла орбиты Нептуна (места, где орбита Нептуна пересекает плоскость эклиптики). Сегодня Сатурн и Нептун не находятся в резонансе по этим параметрам, а частоту прецессии Сатурна в основном определяет его луна — Титан.

В своей гипотезе команда Уисдома предполагает, что Хризалис также внесла свой вклад в крутящий момент на Сатурне, приведя окольцованную планету в резонанс с Нептуном. Однако компьютерное моделирование показывает, что 100–200 млн лет назад Хризалис сама бы вошла в орбитальный резонанс с Титаном. Это могло бы подтолкнуть гипотетическую луну к Сатурну, где гравитационные приливы разорвали бы её на части и образовали знаменитые кольца. А без Хризалис в гравитационной системе Сатурна прецессия планеты уменьшилась бы и ушла из состояния из резонанса с Нептуном, что мы сегодня и наблюдаем.

Отдельные исследования показывают, что изменение орбиты Титана в сторону «более сплюснутой» произошло относительно недавно по астрономическим меркам. Эти же изменения привели к наклонению Сатурна на 26,7° по отношению к плоскости эклиптики в Солнечной Системе. Жизнь и смерть гипотетической луны Сатурна Хризалис объясняет все эволюции гравитационной системы Сатурна за последние несколько сотен млн лет, но мы вряд ли когда-нибудь точно узнаем об этом.

Исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде провели компьютерное моделирование орбиты Юпитера и четырёх его главных лун, позволившее установить, почему у газового гиганта отсутствуют такие эффектные кольца, какими известен соседний Сатурн.

Источник изображения: Planet Volumes/unsplash.com

Как сообщает издание Independent со ссылкой на астрофизика Стивена Кейна (Stephen Kane), если бы у Юпитера были кольца вроде сатурнианских, они были бы видны с Земли и выглядели ещё более удивительно, хотя бы потому, что Юпитер находится гораздо ближе к нашей планете.

На самом деле небольшие кольца у Юпитера всё же есть, но они намного меньше, чем у Сатурна и их нелегко разглядеть с помощью обычного астрономического оборудования. А вот большие кольца там не могли образоваться, потому как их бы разрушили многочисленные луны Юпитера ещё до формирования. Другими словами, гравитация лун не позволяла появиться кольцам в прошлом и не позволит сформироваться им в будущем. Юпитер более, чем вдвое массивнее, чем все остальные планеты Солнечной системы вместе взятые, причём его окружают 79 лун.

У Сатурна тоже есть луны, и они играют важную роль в формировании и сохранении его колец, но, если бы они были крупнее, гравитация легко разрушила бы и их. В будущем Кейн намерен создать компьютерную модель Урана — предположительно, в далёком прошлом планета столкнулась с другим объектом массой с Землю или значительно больше, в результате чего у планеты тоже остались заметные кольца.

Титан, крупнейший спутник Сатурна, отличают ландшафты, очень похожие на земные: реки и озёра, каньоны и песчаные дюны. Разница в том, что на Титане этот ландшафт образуют кардинально отличные от земных вещества: по руслам рек течёт жидкий метан, а песчаные дюны образуются иными углеводородными соединениями. Группа учёных попыталась понять, как этот заведомо менее прочный ландшафт не рассыпается в пыль.

Источник изображения: nasa.gov

Научный мир долго не мог понять, каким образом образовались, а главное, как поддерживались все эти элементы неземного ландшафта. Дело в том, что углеводородные соединения существенно более хрупкие в сравнении с превалирующими на Земле соединениями кремния. Азотные ветры и жидкий метан должны были обратить отложения Титана в мелкую пыль, не способную образовывать рельефных элементов.

Ответы на многие вопросы, вероятно, нашла группа учёных во главе с доцентом Стэнфордского университета (США) Матьё Лапотром (Mathieu Lapôtre). По их мнению, ландшафт Титана мог сформироваться благодаря сочетанию агломерации (спекания) материалов, действия ветра и смены сезонов. Ключом к открытию оказались ооиды — сферические или зернистые минеральные отложения, которые встречаются на Земле. Эти отложения образуются в результате разрушения крупных силикатных образований, например, камней. С одной стороны, на ооиды осаждаются различные минералы, с другой, зёрна подвержены дальнейшему разрушению под действием воды и ветров. В какой-то момент процессы осаждения и разрушения уравновешивают друг друга, и ооиды сохраняют постоянный размер, а при переносе силами стихий на новые места они снова образуют крупные структуры.

Учёные предположили, что подобные механизмы могут работать и на Титане. Для проверки своей гипотезы они проанализировали собранные миссией «Кассини» данные об атмосфере Титана и попытались понять, каким образом могли сформироваться различные геологические объекты. Как выяснилось, в районе экватора чаще дуют ветры, создавая условия для формирования песчаных дюн. В других регионах движения атмосферы не столь интенсивны, что позволяет формироваться более прочным зернистым минералам и осадочным породам.

На Титане, как и на Земле (и больше нигде в Солнечной системе), существует сезонный цикл переноса жидкости — на основании этого тезиса авторы исследования выдвинули гипотезу, что движение жидкого метана оказывает на породы двоякое воздействие, способствуя как эрозии, так и образованию отложений.