Фото: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Новое исследование ученых NASA и Итальянского космического агентства имеет значение для всей системы Сатурна, а также для других планет и спутников.
Подобно тому, как наша собственная Луна удаляется от Земли по чуть-чуть каждый год, другие спутники делают то же самое с планетами-хозяевами. Когда спутник вращается, его гравитация притягивает планету, вызывая временное выпячивание на планете.
Со временем энергия, создаваемая выпуклостью и спаданием, переносится с планеты на спутник, отталкивая его все дальше и дальше. Наша Луна удаляется от нас на 3,8 сантиметра каждый год.
Аппарат Кассини приблизился на удаленность 2 млн. км 29 мая 2017 года, чтобы запечатлеть ночную сторону Титана. В этом обзоре удалось подчеркнуть расширенную атмосферную туманность луны. За все время наблюдения аппарат сумел зафиксировать спутник с различных углов и получить полноценный обзор атмосферы. Высотный туманный слой отображен синим, а главная дымка – оранжевая. Отличие в окрасе может базироваться на размерах частиц. Голубая, скорее всего, представлена мелкими элементами. Для съемки использовали узкоугольную камеру с красным, зеленым и синим фильтрами. Масштабность – 9 км на пиксель.
Ученые думали, что знают скорость, с которой гигантский спутник Титан удаляется от Сатурна, но недавно они сделали удивительное открытие: используя данные космического корабля NASA Кассини, они обнаружили, что Титан дрейфует в сто раз быстрее, чем предполагалось ранее - около 11 сантиметров в год.
Результаты могут помочь решить давний вопрос. Хотя ученые знают, что Сатурн образовался 4,6 миллиарда лет назад в первые дни существования Солнечной системы, существует большая неопределенность относительно того, когда образовались кольца планеты и его система из более чем 80 лун. Титан в настоящее время находится на расстоянии 1,2 миллиона километров от Сатурна. Пересмотренная скорость ее смещения говорит о том, что спутник зародился намного ближе к Сатурну, что означало бы, что вся система расширилась быстрее, чем считалось ранее.
«Этот результат приносит новый важный кусок головоломки для широко обсуждаемого вопроса о возрасте системы Сатурна и как формировались его спутники», - сказал Валерий Лейни, ведущий автор работы, опубликованной 8 июня в Nature Astronomy. Он проводил исследования в качестве ученого в Лаборатории реактивного движения NASA в Южной Калифорнии, прежде чем присоединился к Парижской обсерватории в университете PSL.
Осмысление миграции
Полученные данные о скорости дрейфа Титана также являются важным подтверждением новой теории, которая объясняет и предсказывает, как планеты влияют на орбиты своих спутников.
В течение последних 50 лет ученые применяли одни и те же формулы для оценки того, насколько быстро спутник удаляется от планеты, и этот показатель также можно использовать для определения возраста спутника. Те формулы и классические теории, на которых они основаны, были применены к крупным и маленьким спутникам по всей Солнечной системе. Теории предполагали, что в таких системах, как Сатурн, с десятками спутников, внешние спутники, такие как Титан, мигрировали наружу медленнее, чем спутники ближе, потому что они находятся дальше от гравитации планеты.
Поверхность Титана удалось наблюдать детально при посадке зонда Гюйгенс. Но все же большую часть площади отобразил аппарат Кассини. Титан все еще остается интересной загадкой. В этом обзоре показана новая территория, которая не отмечалась в предыдущих наблюдениях. Это составное изображение из 4 практически одинаковых широкоугольных снимков.
Четыре года назад теоретик-астрофизик Джим Фуллер, ныне из Калифорнийского технологического института, опубликовал исследование, которое опровергло эти теории. Теория Фуллера предсказывала, что внешние спутники могут мигрировать наружу с такой же скоростью, что и внутренние спутники, потому что они запираются на орбите другого типа, которая связана с конкретным колебанием планеты и отталкивает их наружу.
«Новые измерения подразумевают, что такого рода взаимодействия планета-спутник могут быть более заметными, чем предыдущие ожидания, и что они могут применяться ко многим системам, таким как другие планетные системы и даже двойные звездные системы, где звезды вращаются вокруг друг друга», - сказал Фуллер, соавтор статьи.
Чтобы достичь своих результатов, авторы нанесли на карту звезды Кассини и отследили положение Титана. Чтобы подтвердить свои выводы, они сравнили их с независимым набором данных: данными по радиологии, собранными Кассини. В течение десяти полетов с 2006 по 2016 год космический аппарат посылал радиоволны на Землю. Ученые изучили, как частота сигнала изменялась в результате их взаимодействия с окружающей средой, чтобы оценить, как развивалась орбита Титана.
В этом обзоре, выполненном 28 апреля 2006 года, крупнейший спутник в системе Сатурн Титан показывается из-под кольцевой системы. Титан охватывает 5150 км в диаметре и расположен немного ниже линии колец. Можно заметить темную щель (в ширину – 325 км) и узкое кольцо F. Для наблюдения использовали узкоугольную камеру с красным, зеленым и синим спектральными фильтрами. Отдаленность от объекта – 1.1 млн. км.
«Используя два совершенно разных набора данных, мы получили результаты, которые полностью согласуются, а также согласуются с теорией Джима Фуллера, которая предсказывает гораздо более быструю миграцию Титана», - сказал соавтор Паоло Тортора из итальянского Болонского университета. Тортора является членом команды Cassini Radio Science и работал над исследованиями при поддержке Итальянского космического агентства.
Управляемый JPL, Кассини был орбитальным аппаратом, который наблюдал Сатурн более 13 лет, прежде чем исчерпал запас топлива. Миссия погрузила его в атмосферу планеты в сентябре 2017 года, отчасти для защиты его спутника Энцелад, который, как обнаружил Кассини, мог содержать условия, подходящие для жизни.
Миссия Кассини-Гюйгенс является совместным проектом NASA, Европейским космическим агентством (ESA) и Итальянским космическим агентством.