Серия «Система Сатурна»

Перед вами часть кольцевой системы Сатурна, запечатленная космическим аппаратом NASA "Кассини" 28 мая 2009 года. Благодаря особому углу освещения Солнцем кольца выглядят как гигантская золотая виниловая пластинка.

Свет, пробиваясь сквозь тонкие слои частиц, состоящих преимущественно изо льда, подчеркивает сложную структуру колец — сотни узких полос и разрывов.

Обратите внимание на вертикальную темную полосу в правой нижней части кадра — это не артефакт съемки, а тень, отброшенная небольшим "пастушьим" спутником Пандора, который остался за пределами кадра.

Пандора имеет неправильную вытянутую форму и размеры примерно 110×88×62 километра. Для сравнения: средний диаметр Сатурна составляет 116 460 километров.

Кольца Сатурна состоят из бесчисленного множества фрагментов льда, камня и пыли, размеры которых сильно различаются: от мельчайшей пыли диаметром в несколько микрометров до глыб размером в несколько десятков метров. Большинство фрагментов — почти чистый водяной лед, который столь хорошо отражает солнечный свет.

Несмотря на то, что диаметр кольцевой системы превышает 270 000 километров, ее средняя толщина составляет всего около 30 метров.

Данные, полученные в ходе миссии "Кассини", показали, что возраст колец может составлять "всего" 100–200 миллионов лет, что делает их значительно моложе самой планеты, возраст которой превышает 4,5 миллиарда лет.

Одна из ведущих гипотез гласит, что кольца Сатурна появились в результате разрушения ледяного спутника Кризалис, который в ходе сложного резонансного взаимодействия с крупными лунами был выброшен на нестабильную орбиту. В итоге он подошел слишком близко к планете и был разорван ее приливными силами. Разноразмерные обломки постепенно распределились вокруг планеты и образовали современные кольца.

Примечательно, что сатурнианские кольца постепенно разрушаются. Частицы льда непрерывно падают на планету под действием гравитации и магнитного поля — это явление называют "кольцевым дождем". Расчеты и моделирование показывают, что каждую секунду кольцевая система "худеет" примерно на 10 тонн. Если этот процесс продолжится с такой же скоростью, то примерно через 100 миллионов лет большая часть колец исчезнет.

Хотите больше науки в вашей жизни? Тогда приглашаю вас в мой Telegram-канал — здесь каждые четыре часа выходит новый материал: https://t.me/thespaceway

Перед вами три радиолокационных изображения одного и того же прибрежного региона моря Лигеи (лат. Ligeia Mare) — углеводородного моря на Титане, крупнейшем спутнике Сатурна. Снимки были получены с помощью космического аппарата NASA "Кассини" в 2007, 2012 и 2014 годах.

Первый снимок, сделанный в апреле 2007 года, — контрольный. Ничего необычного. Но на втором (июль 2012) внезапно появляется яркое пятно — словно кусок суши обнажился из-под жидкости. К августу 2014 года его внешний вид изменился: объект стал намного тусклее, но при этом вдвое больше, увеличившись с 75 до 160 квадратных километров.

Что это такое?

В попытках объяснить это "нечто" ученые выдвинули три гипотезы:

• Вероятно, мы имеем дело с колебаниями уровня моря (приливы и отливы). Падение уровня "водоемов" приводит к частичному обнажению материала, который обычно скрыт под слоем жидких углеводородов.

• Может быть, это локальные волны? Эта гипотеза провалилась, так как последующие наблюдения показали, что высота волн на Титане не превышает сантиметра.

• NASA связало аномалию с формированием и разрушением необычных айсбергов. Море Лигеи состоит из жидких углеводородов — преимущественно метана. Температура на поверхности Титана около -179 градусов Цельсия, что позволяет метану и этану существовать в жидком виде. Но при сезонном охлаждении или изменении давления эти органические соединения замерзают, формируя плавающие глыбы — аналоги земных айсбергов. Процесс может начинаться вокруг центров кристаллизации — твердых частиц, попавших в жидкость: пылинок из атмосферы или обломков породы с берега. Вокруг таких "зародышей" нарастает лед, образуя массивные структуры. Но стоит температуре повыситься, и это природное образование начинает разрушаться, что мы видим на третьем изображении (яркая вершина исчезла, а массивное основание "пришвартовалось" к берегу).

Мое объяснение

Титан — это слоеный торт. Поверхностная порода и "водоемы" лежат на толстом слое льда, под которым скрывается океан жидкой воды.

Вся эта сложная и достаточно подвижная конструкция вращается вокруг гигантского Сатурна, гравитационное притяжение которого порождает приливные силы, вызывающие искажение формы спутника. В ходе таких "приливов" поверхность Титана может подниматься и опускаться на ощутимые 10 метров.

При внимательном рассмотрении снимков за 2007 и 2014 годы, можно увидеть, что изменения испытала вся прибрежная область, попавшая в кадр. Наиболее заметные трансформации я выделил желтым цветом:

Моря и озера Титана — относительно неглубокие "водоемы" с максимальной глубиной около 300 метров. Естественно, что у берегов этот параметр намного меньше, так что во время "прилива", когда ледяной слой поднимается, он становится видимым с орбиты. В результате таких подъемов лед фрагментируется в наиболее слабых местах, после чего его пласты взаимодействуют друг с другом подобно литосферным плитам на Земле. Каждое такое приливное воздействие перекраивает поверхность спутника, что мы и видим на снимках "Кассини".

Дальнейшие исследования

В июле 2028 года к Титану отправится миссия NASA Dragonfly — дрон-вертолет, который будет исследовать поверхность спутника с высоты птичьего полета. Одна из его главных задач — изучение морей и озер Титана.

Так что в обозримом будущем мы, скорее всего, точно узнаем, что стало причиной аномальных изменений в море Лигеи.

Читайте также:

• 10 интересных фактов о Титане.

• На Титане может быть жизнь, но ее, скорее всего, очень мало.

• В атмосфере Титана обнаружена молекула, которая лежит в основе ДНК и РНК.

Перед вами ледяная поверхность 504-километрового спутника Сатурна Энцелада, запечатленная 28 октября 2015 года космическим аппаратом NASA "Кассини". В момент получения этой фотографии зонд находился всего в 48 километрах от "морщинистой" поверхности загадочного мира, обладающего потенциально обитаемым подповерхностным океаном.

В 2005 году, анализируя данные "Кассини", ученые установили, что гейзеры на южном полюсе Энцелада являются источником ледяных крупиц и газа, вырывающихся из недр сатурнианской луны со скоростью более 400 метров в секунду. Примечательно, что эти извержения непрерывны — снижается лишь их интенсивность. Из-за этого вокруг Энцелада сформировался огромный, но чрезвычайно разреженный ореол мелкой ледяной пыли, часть которой идет на поддержание существования E-кольца Сатурна.

Львиная же доля этих ледяных крупиц постепенно оседает на поверхность спутника, обеспечивая ее медленное, но непрерывное обновление. Благодаря этому Энцелад обладает самым высоким альбедо (отражательной способностью) среди всех тел в Солнечной системе, отражая от 90% до 99% падающего солнечного света.

Спектральный анализ выбрасываемого льда и газа позволил выявить в гейзерах Энцелада не только воду, но и молекулярный водород, диоксид углерода, сложные органические соединения и соли — все, что нужно для зарождения и поддержания жизни. Кроме того, это подтвердило гипотезу наличия разогретого каменного ядра, с которым океан активно взаимодействует. Следовательно, Энцелад не лишен внутренней энергии, без которой невозможно существование жизни.

Планетологи и астробиологи считают, что в океане Энцелада могут процветать хемосинтетические экосистемы, подобные земным сообществам у гидротермальных источников в глубинах Мирового океана.

Будущие миссии будут включать посадку на поверхность Энцелада и, вероятно, проникновение в его океан через разломы на южном полюсе, из которых бьют гейзеры.

Сегодня Энцелад — самое перспективное место для поиска внеземной жизни в пределах Солнечной системы.

Интересное по теме:

• «Кассини» нашел сложную органику в океане Энцелада.

• В океане Энцелада найден крайне необходимый для зарождения жизни элемент.

• Почему мы мечтаем открыть внеземную жизнь на Энцеладе?

Кадр, представленный ниже, был получен космическим аппаратом NASA "Кассини" 12 марта 2012 года. И это не просто очередная красивая космическая фотография, а карта будущего — направление, по которому человечество пойдет в поисках жизни за пределами Земли.

На переднем плане — ледяной 504-километровый спутник Сатурна Энцелад. Его поверхность покрыта толстой коркой льда, средняя толщина которой составляет внушительные 20 километров. Но под ней скрывается глобальный подповерхностный океан. Из глубоких разломов на южном полюсе, носящих поэтическое название "тигровые полосы", регулярно вырываются струи водяного пара и ледяных частиц — гейзерная активность, выбрасывающая в открытый космос материал, который берется непосредственно из океана.

"Кассини" несколько раз пролетал сквозь гейзеры Энцелада, осуществляя анализ образцов прямо налету. В ходе этих операций аппарат обнаружил сложные органические молекулы, аммиак, метан, соли и фосфаты. Кроме того, недавний повторный анализ данных показал, что океан Энцелада существенно теплее, чем предсказывали модели, а еще он очень стабильный и, определенно, существует очень давно. Все это является косвенным доказательством того, что перед нами очень перспективное место для зарождения и поддержания жизни, какой мы ее знаем по земному опыту. Вероятно, Энцелад уже является обитаемым миром.

На заднем плане изображения — Титан, гигантский спутник со средним диаметром 5 152 километров. Этот мир крупнее Меркурия (средний диаметр 4 879 километров) и почти в 1,5 раза больше Луны. Титан — единственный спутник в Солнечной системе, наделенный атмосферой (она даже на 50% плотнее земной), и на поверхности которого есть устойчивые "водоемы", представляющие собой углеводородные "коктейли": реки, озера и моря из жидких метана и этана. В этих "водоемах", при температуре ниже -180 градусов Цельсия, могут протекать химические процессы, совершенно чуждые земной биохимии — но, возможно, не менее сложные.

Энцелад предлагает нам жидкую воду и органику — основу земной жизни. Титан — жидкость, но другую, и атмосферу, способную поддерживать необычные формы химической эволюции.

Оба мира — не просто интересные объекты. Они — две природные лаборатории для проверки независимых гипотез о том, как может возникнуть жизнь в космосе. И на этом снимке два таких разных небесных тела, представляющих колоссальный научный интерес, символически разделены кольцами Сатурна.

Интересное по теме:

• На Титане может быть жизнь, но ее, скорее всего, очень мало.

• Одного ледяного кристалла может быть достаточно, чтобы найти жизнь на Европе или Энцеладе.

• Ученые предлагают намеренно «заразить» другой мир земной жизнью, чтобы посмотреть, что произойдет.

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.

Интересное по теме:

• «Кассини» нашел сложную органику в океане Энцелада.

• В океане Энцелада найден крайне необходимый для зарождения жизни элемент.

• Почему мы мечтаем открыть внеземную жизнь на Энцеладе?

Среди 274 известных спутников Сатурна Титан занимает особое место. Эта крупнейшая луна окольцованного газового гиганта превосходит по размерам планету Меркурий и является единственным спутником в Солнечной системе с плотной атмосферой и устойчивым круговоротом жидкости.

Средний диаметр Титана составляет 5 152 километра, что на 272 километра больше диаметра Меркурия (4 880 километров). Титан имеет очень низкую гравитацию — примерно 14% от земной. Следовательно, человек весом 70 килограммов на Титане будет весить всего 9,8 килограмма.

Титан был открыт 25 марта 1655 года голландским физиком, математиком и астрономом Христианом Гюйгенсом, но более трех веков мы практически ничего не знали об этом удивительном мире из-за его очень плотной атмосферы, надежно скрывающей поверхность от любознательных ученых. И лишь с развитием радиолокационных методов дистанционного зондирования и инфракрасной спектроскопии человечеству все же удалось заглянуть под оранжево-коричневую дымку этого загадочного мира.

Землеподобная атмосфера

Атмосфера Титана уникальна среди спутников Солнечной системы. Ее плотность у поверхности в 1,45 раза превышает земную, а давление составляет 147 кПа — эквивалентно погружению на глубину пять метров под водой на Земле. В составе атмосферы 98,4% азота, 1,4% метана и незначительные количества других газов. Интересно, что азот доминирует и в земной атмосфере, составляя 78% от ее объема.

За оранжево-коричневый цвет дымки отвечают сложные органические молекулы толины, синтезирующиеся под действием солнечного излучения и космических лучей. В огромном количестве толины создают чрезвычайно плотный смог, который препятствует прямому наблюдению поверхности в видимом свете.

Метановый цикл

На Титане функционирует полноценный гидрологический цикл, аналогичный земному водному, но основанный на метане и этане. Углеводородные дожди выпадают из метановых облаков, образуя реки, озера и моря жидких углеводородов, которые затем частично испаряются обратно в атмосферу, замыкая цикл. Крупнейшее море Кракена (лат. Kraken Mare) имеет площадь около 400 000 квадратных километров. Для сравнения: площадь Каспийского моря на Земле составляет 371 000 квадратных километров.

Температура на поверхности опускается до -180 градусов Цельсия — идеальные условия для существования метана в жидком состоянии. Времена года на Титане длятся по 7,5 земных лет, что обусловлено 29-летним периодом обращения Сатурна вокруг Солнца.

Дюны Шангри-Ла

Поверхность Титана поражает разнообразием ландшафтов. Темный экваториальный регион Шангри-Ла (лат. Shangri-La) покрыт дюнами, слепленными из органических частиц. Высота этих дюн, на формирование которых ушли миллионы и миллионы лет, достигает 100 метров, а их протяженность — сотни километров.

Именно в этом регионе 14 января 2005 года совершил посадку спускаемый модуль Европейского космического агентства "Гюйгенс" — первый в истории аппарат, успешно "приземлившийся" во внешней Солнечной системе. Об этом подробнее ЗДЕСЬ.

Подповерхностный океан

Под ледяной корой Титана, на глубине 55-80 километров, скрывается глобальный океан жидкой воды. Его глубина может достигать впечатляющих 300 километров; в нем больше воды, чем во всех озерах, морях и океанах Земли вместе взятых.

Несмотря на то, что подледный океан Титана изолирован от поверхности толстой ледяной корой, он все же представляет особый интерес для астробиологов, которые рассматривают сатурнианский спутник как потенциально обитаемый мир.

В 2028 году к Титану отправится миссия NASA Dragonfly, которая доставит на его поверхность восьмироторный дрон (винтокрыл) для изучения этого таинственного мира с высоты птичьего полета. Прибытие на место намечено на 2034 год. Основная задача Dragonfly — поиск признаков пребиотической химии и исследование условий для возможного существования жизни.

Читайте также:

• На Титане может быть жизнь, но ее, скорее всего, очень мало.

• Моря и озера северного полушария Титана, крупнейшего спутника Сатурна.

• Онтарио — гигантское углеводородное озеро Титана.