Создавая новый метод измерения изотопных соотношений воды и углекислого газа удаленно, ученые неожиданно выяснили, что вода в кольцах и спутниках Сатурна напоминает воду на Земле. Исключением стала только луна Фиби, где вода кажется самой необычной среди всех изученных объектов Солнечной системы.
Новые результаты говорят о том, что нам придется изменить модели формирования Солнечной системы, так как полученные сведения противоречат существующим моделям. Изотопы – разные формы элементов с различным числом нейтронов. Добавление нейтрона добавляет массу к элементу и способно изменить процессы формирования планеты, кометы или спутника.
Вода состоит из двух атомов водорода (H) и одного кислорода (H2O). Добавление нейтрона в одного атома водорода (дейтерий - D), увеличивает массу молекулы воды (HDO) где-то на 5%. Это приводит к изотопическим различиям в образовании небесного тела и меняет процесс испарения воды после создания. Отношение дейтерия к водороду (D/H) – отпечаток условий формирования, включая температуру и эволюцию. Испаряющаяся вода обогащает дейтерий на оставшейся поверхности.
Модели создания Солнечной системы показывают, что D/H должен быть намного выше в более прохладной внешней системе, чем в горячей внутренней, где проживает Земля. Дейтерий распространен в холодных молекулярных облаках. Некоторые прогнозы показывают, что показатель D/H должен быть в 10 раз выше для системы Сатурна, чем Земли. Однако новые данные сообщают, что это не касается колец Сатурна и спутников, кроме Фиби.
Интересно, что отношение D/H для Фиби – самое высокое из измеренных в Солнечной системе, что намекает на формирование в холодной внешней системе далеко за пределами Сатурна. Ученые также измерили соотношение углерода-13 к углероду-12 на спутниках Япет и Фиби. У первого значения похожи на земные, но у Фиби почти в 5 раз выше в изотопе углерода. Наличие углекислого газа подтверждает формирование Фиби в морозной части системы. Точную дистанцию указать нельзя, потому что нет измерений соотношения для Плутона или объектов пояса Койпера.
Для исследования использовали данные космического аппарата НАСА Кассини и его визуального и инфракрасного спектрометра VIMS. Новый метод измерения изотопных соотношений на твердых веществах (водный лед или углекислый газ) на больших расстояниях позволит провести подобные замеры для всех объектов Солнечной системы, что улучшит модели формирования.
Важно и то, что вода Сатурна способна напоминать земную, а значит источник аналогичный для внутренней и внешней систем. Возможно, следующие измерения получится провести с помощью миссии НАСА Clipper.