Крошечная яркая луна
В отличие от спутников Юпитера, о существовании скрытых океанов на которых мы можем догадываться лишь по незначительным отклонениям в характеристиках этих объектов, спутник Сатурна Энцелад не стесняется раскрывать свои тайны. Наблюдения показали, что через трещины в ледяной оболочке Энцелада в окружающее пространство ежесекундно выбрасываются струи водяных паров массой до 250 кг. Такие выбросы воды называют криовулканами. В отличие от обычных вулканов, из них вырывается не лава, а лед и вода. Струи над поверхностью южного полюса Энцелада поднимаются на высоту 500 км, превращая крошечный спутник в самое маленькое тело с вулканической активностью в Солнечной системе.
Как и Юпитер, Сатурн не испытывает недостатка в естественных спутниках: вокруг нашего второго по величине газового гиганта обращается по крайней мере 62 таких объекта разного размера — от мини-лун, больше похожих на астероиды, до полноценных спутников размером почти с Ганимед. Знаменитые кольца Сатурна состоят из микроскопической пыли и объектов, достигающих в размерах нескольких сотен метров. Кольца простираются на тысячи километров, образуя диск толщиной всего лишь около 10 м. Размеры крупных спутников Сатурна, которые находятся дальше основных колец, варьируются в диапазоне от 10 до 150% размера нашей Луны.
В древнегреческой мифологии известны две расы божественных существ, детей антропоморфных воплощений земли и неба, — титаны и гиганты. Главным среди титанов был Кронос, позже он вошел в мифологию римлян под именем Сатурна. Он и его супруга (а также, как ни странно, его сестра) Рея (в римской мифологии — Опа) стали родителями Зевса (Юпитера), Посейдона (Нептуна) и Аида (Плутона)[43].
Названия для главных спутников Сатурна были предложены в 1847 г. британским эрудитом Джоном Гершелем: для самых крупных спутников он выбрал имена титанов и гигантов — братьев и сестер Сатурна. Энцелад был открыт отцом Гершеля Уильямом и назван в честь одного из гигантов.
Энцелад — шестой по величине спутник Сатурна, крошечный и очень яркий. При диаметре всего лишь 500 км Энцелад в семь раз меньше Луны и вполне уместился бы на территории Англии или Аризоны.
Обращается Энцелад в самом дальнем разреженном кольце Сатурна, образованном частицами, которые выбрасывают гейзеры самого спутника. Своей блестящей поверхностью он обязан постоянно обновляющемуся льду, который образуется из выбрасываемой из недр Энцелада воды. Благодаря ему отражающая способность спутника — одна из самых высоких в Солнечной системе. Отражая то небольшое количество солнечного излучения, которое добирается до Сатурна, поверхность Энцелада исключительно холодная — даже в полдень средняя температура не поднимается выше –198 °C.
До 2004 года, когда к Сатурну отправился запущенный NASA в сотрудничестве с Европейским космическим агентством зонд «Кассини–Гюйгенс», мы почти ничего не знали об Энцеладе. Учитывая небольшой размер и даже большее расстояние от Солнца, чем у спутников Юпитера, он считался безжизненным царством льда. С открытием гейзеров стало ясно, что на Энцеладе есть вода, а также геологическая активность, без которой столбы воды вряд ли бы смогли взлетать над поверхностью спутника. Полученные миссией данные заставили астрономов полностью пересмотреть свое отношение к Энцеладу.
Первоначально предполагалось, что область распространения воды под поверхностью Энцелада ограничивается территорией с действующими гейзерами вокруг южного полюса спутника. Напоминая покрытую полосками шкуру тигра, лед там изрезан трещинами, из которых вырывается вода. В ходе дальнейших наблюдений были выявлены незначительные колебания Энцелада при его движении по орбите. Самое простое объяснение их наличия — движение воды в океане, простирающемся под всей поверхностью спутника на глубине около 26–31 км. Эти колебания можно сравнить с колебаниями раскрученного сырого куриного яйца[44]. Глубина океана Энцелада в 10 раз превышает среднюю глубину океанов на Земле.
Благодаря легкому доступу к воде, выбрасываемой из недр Энцелада, аппарату «Кассини» удалось взять ее образец при пролете через струи. Анализ пробы показал, что она содержит смесь воды, углекислого газа, метана, соли и кристаллов аммиака. В сочетании с теплом из того источника, который питает гейзеры спутника, эта комбинация органических соединений вполне может служить средой для жизни.
Вдали от Солнца крошечный спутник Сатурна нагревается от тех же приливных деформаций, которые снабжают теплом трио спутников Юпитера. Энцелад находится в резонансе со своим соседом — спутником Диона (названным так в честь титана из греческих мифов). За то время, которое требуется Дионе на один оборот вокруг Сатурна, Энцелад облетает планету дважды. Как и в случае с внутренними галилеевыми спутниками, под воздействием притяжения Дионы орбита Энцелада принимает слегка эллиптическую форму, что приводит к периодическому ослаблению и усилению влияния Сатурна на движущийся по орбите спутник. Однако одним лишь этим явлением объяснить происхождение получаемой спутником энергии не получится. Согласно расчетам, нагрева, вызванного влиянием Сатурна, было бы недостаточно для обеспечения столь высокой активности гейзеров. Возможно, недостающая энергия берется из внутреннего тепла, накопленного в период формирования спутника или оставшегося с тех времен, когда его орбита была более вытянутой.
Легкий доступ к воде на Энцеладе делает его привлекательным объектом для изучения, способным помочь приоткрыть завесу над судьбой жизни на этих покрытых льдом спутниках. Например, чтобы изучить состав океана на Европе, космическому аппарату пришлось бы закрепиться на поверхности спутника и просверлить отверстие в слое льда толщиной в несколько километров. На Энцеладе все намного проще. Правда, расстояние до Сатурна и объектов вокруг него намного больше. Так что путешествие к нему от Земли — это весьма непростое предприятие. Для сравнения: миссии «Кассини–Гюйгенса» потребовалось семь лет, чтобы добраться до Сатурна, тогда как путешествие аппарата «Юнона» к Юпитеру продолжалось пять лет, завершившись в 2016 году. Поэтому в центре внимания большинства планируемых сейчас миссий именно Европа, хотя Энцелад остается весьма заманчивым объектом для будущих поисков внеземной жизни.
Луна с жидкими озерами
Однако у Сатурна есть спутники и покрупнее. Один из них — Титан — такого размера, что его бы с лихвой хватило на несколько спутников. На него приходится 96% массы всех 62 спутников, обнаруженных у окольцованного газового гиганта. Второй по величине спутник Сатурна — Рея. При массе в пятьдесят раз меньше, чем у Титана, Рея втрое меньше его размером. Таким образом, Титан — второй по величине спутник в Солнечной системе, он уступает лишь Ганимеду, который больше его на каких-то 2%.
Как и покрытые льдом спутники с водой, Титан движется по слегка эллиптической орбите, обеспечивающий приливный разогрев в результате взаимодействия с Сатурном. Если причины появления эксцентриситета орбит остальных спутников ясны, ситуация с Титаном выглядит не столь однозначно. У него нет соседей достаточно крупного размера, которые бы могли повлиять на его траекторию движения, поэтому в результате притяжения Сатурна он должен был бы занять круговую орбиту. Возможно, Титан относительно недавно пережил столкновение с другим объектом, и у него не было достаточно времени, чтобы вернуться на круговую траекторию движения вокруг газового гиганта.
В любом случае, наличие эксцентриситета приводит к деформации Титана под влиянием притяжения Сатурна при движении спутника по его 16-суточной орбите. Результаты проведенных аппаратом «Кассини» измерений изменения формы спутника показали, что его масштабы намного превышают те, которые бы можно было ожидать от твердого тела из горных пород. Вместо ожидаемого 1 м с небольшим поверхность Титана поднимается на 10 м. Для сравнения: под влиянием Луны и Солнца кора Земли поднимается приблизительно на 50 см, а уровень океанов на поверхности нашей планеты поднимается приблизительно на 60 см. Податливость Титана свидетельствует о наличии под его поверхностью океана. Учитывая размер спутника, можно предположить, что из-за большого давления его ядро заключено в оболочку изо льда. Поэтому, как и в случае с Ганимедом и покрытыми водой экзопланетами, вероятность развития глубоководных форм жизни там весьма невелика. Впрочем, поверхность Титана очень сильно отличается от поверхности других спутников, закованных в ледяную оболочку.
Если на них верхний слой льда покрывает тонкая газовая оболочка, то на Титане имеется толстая атмосфера, а давление на его поверхности на 50% превышает давление на поверхности Земли. Благодаря этому спутник входит в число четырех миров в нашей Солнечной системе, обладающих твердой поверхностью и внушительной атмосферой. Самая плотная атмосфера — на Венере, в то время как атмосферы Земли и Марса более разреженные, чем на Титане. Но, как и на соседних с нами планетах, воздух на Титане совсем не подходит для дыхания.
Факт наличия на Титане толстой атмосферы был установлен уже в 1908 г. Обнаружил этот спутник 25 марта 1655 г. нидерландский астроном и физик Христиан Гюйгенс. Он и его брат Константин Гюйгенс-младший сами делали инструменты для научных исследований. В один из своих телескопов им и довелось наблюдать спутник Сатурна. Приблизительно через 250 лет каталонский астроном Хосе Комас Сола зафиксировал изменение яркости центра поверхности спутника относительно его видимых краев. Он интерпретировал этот перепад как признак наличия атмосферы.
В 1940-е гг. Койпер (исследователь, в честь которого назван пояс Койпера) изучил длины волн света, поглощаемые атмосферой Титана. Он пришел к выводу, что в ней содержится метан, но точно установить, является ли этот газ доминирующим, ему так и не удалось. Ответ на этот вопрос был получен из данных, собранных двумя аппаратами «Вояджер» при пролете мимо спутника в 1980 и 1981 гг. Они подтвердили наличие на Титане толстой атмосферы. Выяснилось, что она приблизительно на 95% состоит из азота и на 5% — из метана. В результате взаимодействия с ограниченным количеством ультрафиолетового солнечного света, достигающего далекого спутника, метан участвует в формировании более сложных молекул из атомов водорода и углерода, таких, например, как молекулы этана