Двуликий спутник: черное и белое

Уже в момент открытия спутника Сатурна Япета у него была замечена странная особенность: одно его полушарие сияет ярко, как свежий снег, а второе – черно, как сажа. Раскрыть эту загадку удалось только сейчас, 330 лет спустя.

Честь открытия Япета принадлежит франко-итальянскому астроному Джованни Кассини, и он же впервые описал удивительную резкую разницу между двумя его полушариями. Речь идет о полушарии, смотрящем вперед, в сторону движения спутника по орбите, и «отстающем». Сегодня исследования системы Сатурна продолжает зонд Cassini, названный в честь легендарного ученого.

Разумеется, современная аппаратура позволила Cassini рассмотреть куда больше деталей, нежели его знаменитому пращуру. Так, было показано, что темные области «лидирующего» полушария в районе экватора вытянуты вглубь, заходя на территорию «отстающего». Разница в яркости между полушариями достигает 1 порядка, и, судя по всему, таким блестящим «отстающее» полушарие делает слой водного льда. А граница между ними оказывается удивительно четкой, без постепенных переходов. Объяснить это до сих пор не удавалось. Но вот на днях опубликованы результаты сразу двух научных работ, посвященных этой проблеме. И кажется, они готовы поставить точку в 300-летней загадке.

Исследование, проведенное немецкими астрономами во главе с Тильманном Денком (Tilmann Denk), посвящено анализу снимков, сделанных бортовыми камерами ISS зонда Cassini во время пролета близ Япета в сентябре 2007 г. По словам ученых, фотографии демонстрируют, что и темные, и яркие области на «лидирующем» полушарии Япета имеют более красноватый оттенок, чем на «отстающем» полушарии. Это говорит о том, что переднее полушарие интенсивно покрывается пылью, собирая ее на своем пути вокруг Сатурна. Происхождение этой пыли остается под вопросом: возможно, источник ее – какой-нибудь другой из его многочисленных спутников, а возможно – гигантское «кольцо-невидимка», лишь недавно обнаруженное у планеты («Главное кольцо»).

Впрочем, Денк подчеркивает, что одной лишь пылью «двуликость» Япета не объяснишь. «Невозможно, чтобы сложная и очень резкая граница между темными и яркими областями была сформирована простым падением пыли. Должен действовать еще какой-то механизм,» - говорит ученый. И действительно, данные зонда Cassini указывают на существование у Япета «температурной сегрегации»: из областей, подвергающихся воздействию солнечных лучей, лед, подтапливаясь, мигрирует в приполярные более холодные районы. Первые становятся темнее и еще более подогреваются, а вторые – остывают.

Вторая работа проведена группой Тильманна Денка совместно с американским астрофизиком Джоном Спенсером (John Spencer). Они построили модель Япета, объединяющую результаты съемки камер ISS с данными других инструментов зонда Cassini, в том числе – бортового инфракрасного спектрометра CIRS. Эти данные свидетельствуют, что темные области спутника разогреваются до температуры 129 К, то есть достаточно для того, чтобы в течение нескольких миллиардов лет лед здесь успевал растаять.

При этом скорость вращения Япета очень невелика: полный оборот вокруг своей оси он делает за 79 земных дней, что позволяет Солнцу сильнее подогревать обращенные к нему области спутника, чем у объектов, вращающихся быстрее. В соответствии с этим, Денк и Спенсер предлагают такое объяснение «двуликости» Япета.

Собираемая лидирующим полушарием пыль делает его темнее и позволяет поглощать больше энергии солнечных лучей, разогреваясь достаточно сильно для того, чтобы в районе экватора лед начинал подтаивать, перемещаясь в стороны полюсов. Стоит участь сравнительно небольшой размер Япета (1,5 тыс. км в поперечнике) и, соответственно, низкую гравитацию, движение льда происходит куда легче и быстрее, чем, скажем, на Земле.

Здесь, в более холодных областях лед снова конденсируется, делая их ярко блестящими и отражая больше солнечных лучей, тем самым дополнительно охлаждая предохраняя эти районы от нагревания. Это своего рода система с положительной обратной связью: чем больше нагреваются одни области (и остывают другие) – тем больше они темнеют (и светлеют), тем больше нагреваясь (и остывая), и так далее.

Впрочем, Япет – далеко не единственное интересное местечко в системе Сатурна. Конечно, самой знаменитой и загадочной ее достопримечательностью остаются знаменитые кольца. Начиная с открытия Галилеем этот удивительный феномен привлекал внимание и поэтов, и ученых. Тем более что до сих пор их происхождение остается загадкой, а исследования лишь усложняют этот вопрос.