Сатурн – вторая по величине планета Солнечной системы. И она знаменита не только своими кольцами. Но и множеством спутников. Их действительно много. Не менее 80! Хотя на самом деле их, вероятно, намного больше. Большинство из этих объектов представляют собой небольшие куски камня и льда. Однако некоторые из них также представляют собой значительно более крупные и увлекательные миры. Например – Титан. Это самый большой спутник Сатурна. И второй по величине спутник в Солнечной системе.
Сегодня мы поговорим о спутнике Сатурна немного меньшего размера. Который, тем не менее, довольно интересен. Речь пойдет о ледяном спутнике Сатурна Тефии.
Ледяной спутник Сатурна
Из всех спутников Сатурна Тефия является пятым по величине. Только Титан, Рея, Япет и Диона крупнее этого объекта. Тефия имеет диаметр 1062 километра, что составляет примерно треть диаметра Луны. Однако масса Тефии невелика: всего 0,8 процента массы Луны. Это связано с составом спутника. Его средняя плотность составляет 0,98 грамма на кубический сантиметр, что меньше плотности воды.
Итак, предполагается, что Тефия почти полностью состоит из водяного льда. Возможно, там есть немного камней или какие-то замерзшие газы. Является ли Тефия дифференцированным миром, и есть ли у нее ядро, мантия и кора – неизвестно. Однако в любом случае это маловероятно. И если под всем этим льдом есть каменное ядро, оно будет очень небольшим.
Но, прежде чем мы более подробно рассмотрим характеристики Тефии, давайте ненадолго заглянем в прошлое.
Первый спутник Сатурна открыл голландский астроном Христиан Гюйгенс. Это был Титан. Произошло это событие в 1655 году. Француз Джованни Кассини открыл спутники Япет в 1671 году, а Рею в 1672 году. В 1684 году Кассини нашел еще два спутника: Диону и Тефию. В то время у всех этих объектов не было названий. Они просто имели номера в порядке удаления от Сатурна. Согласно этому подсчету и уровню знаний того времени, Тефия была третьим спутником, наблюдаемым с Сатурна. Поэтому ее также называли «Сатурн III».
Сегодня обнаружена добрая дюжина неизвестных ранее спутников, находящихся между Тефией и Сатурном. И на самом деле у Тефии должен быть другой номер. Но поскольку британский астроном Джон Гершель предложил в 1847 году отказаться от чисел и вместо этого использовать имена из греческой мифологии, теперь она называется «Тефия».
Так звали дочь бога неба Урана и богини земли Геи. За ней были закреплены все родники, реки и облака — то есть все, что связано с водой. Очень, кстати, подходящее название для ледяного мира.
Мы с Земли, привет!
Большую часть времени Тефия была просто точкой в телескопах астрономов. Лишь в 1979 году космический аппарат «Пионер-11» пролетел мимо спутника. Космические зонды «Вояджер-1» и «Вояджер-2» тоже наблюдали Тефию вблизи в 1980 и 1981 годах. Но только космический зонд «Кассини» действительно близко подобрался к нему. Он исследовал Тефию в период с 2004 по 2017 год, когда подробно изучил Сатурн, его кольца и спутники.
При взгляде на Тефию первое, что бросается в глаза, это ее яркость. Поверхность спутника отражает 80 процентов падающего на нее солнечного света. С одной стороны, это конечно связано с тем, что Тефия состоит из льда, который в принципе хорошо отражает свет. Однако дело и еще в том, что спутник движется в пределах так называемого «кольца Е» Сатурна.
Это большое кольцо состоит в основном из мельчайших частиц льда, выбрасываемых в космос Энцеладом, который находится немного ближе к Сатурну. Эти частицы льда все время как бы «освежают» поверхность Тефии
На поверхности спутника можно увидеть множество кратеров. Их так много, что Тефия выглядит как губка. Большое количество ударных структур свидетельствует о том, что поверхность спутника довольно старая. Здесь мало что произошло с тех пор, как он образовался 4,5 миллиарда лет назад.
Но особенно выделяется один очень интересный кратер. Его диаметр составляет 445 километров, что составляет почти 40 процентов от диаметра Тефии! Кратер назван в честь греческого героя Одиссея. И он должен быть довольно старым. Трудно сказать точно, каков его возраст. Но с момента удара определенно прошло больше миллиарда лет. Но скорее всего намного больше. Удар объекта, достаточно большого, чтобы создать такой огромный кратер, должен был разрушить Тефию. По крайней мере, так было бы, если бы Тефия была небесным телом, состоящим из сплошного льда, как сейчас. Поэтому предполагается, что Тефия была еще достаточно теплой во время столкновения. И была, так сказать, слегка «мягкой». И могла почти полностью поглотить удар.
Странные отношения
Тефия либо сохранила внутреннее тепло со времени образования, либо получила его благодаря особому типу движения. Это только на первый взгляд кажется, что в нем нет ничего особенного. Тефия делает почти идеальный круг вокруг Сатурна на расстоянии 294 600 километров. Но становится действительно интересно, если посмотреть на движение спутников Телесто, Калипсо, Энцелад и Диону. И сравнить их с движением Тефии.
Расстояние от Телесто и Калипсо до Сатурна также составляет 294 600 километров. Они находятся на той же орбите, что и Тефия. И это не так маловероятно, как кажется. Если посмотреть на движение двух небесных тел, например, Солнца и Земли, и оценить силы, действующие между ними, выясняется, что существует пять особых точек, в которых все действующие силы компенсируют друг друга. Это так называемые точки Лагранжа.
В таких точках более мелкие объекты могут делить орбиту с более крупным. Науке известен подобный объект и в случае с Землей. Это небольшой астероид, который следует за нашей планетой в одной из точек Лагранжа.
Другие планеты, такие как Юпитер, имеют сотни тысяч астероидов в своих точках Лагранжа. На орбите Тефии тоже есть две такие точки. Именно в них расположены Телесто и Калипсо. Телесто всегда опережает Тефию на 60 градусов. Калипсо же всегда на 60 градусов от нее отстает.
Еще более интересны отношения Тефии с двумя другими ее соседями: Дионой и Энцеладом. Диона находится почти на 80 000 км дальше от Сатурна, чем Тефия. А Энцелад на 56 000 км ближе к планете. Если внимательно проанализировать времена обращения всех этих спутников, то можно увидеть, что Энцелад совершает четыре оборота вокруг Сатурна практически за то же время, что и Тефия делает три оборота, а Диона — два.
Астрономы говорят, что Энцелад, Тефия и Диона находятся в резонансе 4:3:2. Это означает, что если периоды обращения небесных тел находятся в целочисленном отношении друг к другу, то они всегда занимают одно и то же положение относительно друг друга через одни и те же промежутки времени.
Это приводит к тому, что исходящие от них гравитационные силы могут накапливаться и усиливаться через равные промежутки времени. Что, в свою очередь, может привести к соответствующим возмущениям и эффектам.
Резонансы и ущелья
Резонанс между Дионой и Тефией мог быть особенно сильным несколько миллиардов лет назад. А это означает, что в те времена орбита Тефии не была практически круговой, как сегодня. Она была довольно вытянутой. Во время своего обращения вокруг Сатурна спутник был то ближе, то дальше к планете. Это приводило к воздействию гравитационных сил разной интенсивности, которые действовали на ледяной объект. И как бы «месили» его, что приводило к его нагреванию.
Этот эффект резонанса может также объяснить и другую особенность поверхности Тефии: ущелье Итака. Это обширная долина шириной 100, глубиной до 5 и длиной 2000 километров! Никто не знает, как она появилась. Ущелье лежит на противоположной стороне гигантского кратера Одиссей. И некоторые исследователи подозревают, что оно образовалось при воздействии ударных волн, прошедших через Тефию после удара, и разорвавшими противоположную часть поверхности кратера. Но есть также свидетельства того, что ущелье Итака моложе кратера. И в этом случае оно должно было образоваться в результате какого-то другого процесса. Например, когда жидкая вода, появившаяся в результате резонансных эффектов, описанных ранее, снова замерзла и расширилась, просто разорвав породу.
Нам еще многое предстоит узнать об этом спутнике. Например, в 2015 году на Тефии были обнаружены странные красные полосы. Они выглядят так, будто кто-то рисовал на спутнике гигантским фломастером. Однако их можно увидеть только в том случае, если цветные изображения Тефии должным образом искусственно усилить. Красные полосы однозначно сравнительно молоды. Они перекрывают все старые структуры кратера. Как они появились, непонятно. Может быть, их цвет происходит от химических примесей в водяном льду. А может быть это просто мелкие трещины во льду, которые позволяют какому-то материалу накапливаться в них.
PacMan
Интересна и температура Тефии. Средняя температура ее поверхности -187 градусов. Но если внимательно проанализировать распределение температуры поверхности Тефии, то можно увидеть, что у нее есть прохладная область, которая как бы «съедается» теплой областью, похожей на персонажа компьютерной игры «PacMan».
Вероятно, природа этого процесса такова: та часть Тефии, которая находится в «направлении движения», чаще подвергается ударам высокоэнергетических электронов магнитного поля Сатурна. Эти электроны превращают пушистый «снег» на поверхности спутника в твердый пласт льда, который нагревается не так быстро. Именно поэтому он примерно на 15 градусов холоднее остальной части поверхности.
Спутник Сатурна Тефия определенно достоин стать целью отдельной экспедиции. Мы должны самым подробным образом выяснить, что происходит в этом далеком и холодном мире. И это на самом деле относится ко всем другим спутникам Сатурна. И, конечно, обязательно нужно изучать спутники Юпитера, Урана и Нептуна. Ведь это не просто «спутники». Это настоящие маленькие миры с особыми свойствами.
К которым мы обязательно должны присмотреться.
