Аппарат «Кассини» обнаружил океан на спутнике Сатурна Мимасе
По данным космического зонда «Кассини» удалось найти свидетельства молодого подлёдного океана на небольшом спутнике Сатурна Мимасе. Этот океан должен был сформироваться всего 5—15 миллионов лет назад, соответственно Мимас теперь может стать новым интересным объектом для астробиологов.
Астрофизики «обнаружили» океан, разумеется, косвенными методами, анализируя изменения в орбите и вращении спутника Сатурна. Массив данных для такой работы — результаты десятилетнего (2007 — 2017 годы) наблюдения аппарата «Кассини» за Сатурном и его спутниками, которых на сегодня открыли уже около 140. В отличие от Энцелада, на котором давно фиксируют подлёдные гейзеры с выбросом вещества в космическое пространство, на Мимасе такой роскоши пока что астрономы позволить себе не могут. Оба спутника открыл Уильям Гершель в 1789 году. Мимас вращается на примерно таком же расстоянии от Сатурна, как и Энцелад, его диаметр несколько меньше и составляет 400 километров. Спутники визуально отличаются: поверхность Энцелада гладкая из-за действия подлёдного океана, а рельеф Мимаса сильно неровный с большим количеством кратеров. Исследование внутреннего строения космических тел проводят, наблюдая за их орбитальным движением и вращением. Небольшие изменения периода вращения, связанные, например, с возмущениями от Сатурна и других его спутников, позволяют оценить момент инерции тела (распределение массы от центра до поверхности). Если нужно объяснить этот эффект нефизикам, часто используют пример из «Занимательной физики» Перельмана: раскрутив на столе куриное яйцо, можно по его инерции вращения определить, сварено ли оно вкрутую или содержит жидкость. Таким же образом исследуют внутреннюю структуру Марса, в результате чего можно получить даже оценки размеров его ядра (об этом можно прочитать в другой статье на сайте).
Мимас, как и многие спутники крупных планет, находится в приливном захвате к Сатурну — при его вращении к планете всегда обращена одна и та же сторона, так же как видимая сторона Луны всегда смотрит на Землю. Это происходит из-за воздействия приливных сил, вызывающих торможение собственного вращения тела. Но здесь не всё так просто: Луна не стоит на месте, а совершает колебания вокруг этого «положения равновесия» в пределах примерно 6-7°, так что при взгляде с Земли она как бы покачивается, и периодически из-за краёв диска можно увидеть часть её обратной стороны. Это явление называется либрацией. Так же наблюдатель в некоторых районах Луны (очевидно, вблизи края её видимого с Земли диска) может наблюдать восход и заход Земли, как иногда изображают на картинках. Значительная часть амплитуды либрации обусловлена геометрическими причинами — из-за наклона и эллиптичности лунной орбиты мы можем видеть её в разных ракурсах. Но около 2 угловых минут из всей амплитуды приходится на физические причины, то есть собственно действие приливных сил и неравномерное распределение массы спутника. Аналогично ведёт себя Мимас, и данные «Кассини» позволяют выделить такие колебания спутника.
Особенности либрации Мимаса позволяют предположить две модели внутреннего строения. В одной из них спутник сложен твёрдыми породами, но его ядро сильно вытянуто, а в другой под поверхностью располагается глубокий океан, и эта жидкая оболочка обращается почти независимо от нижних твёрдых слоёв. Для дискриминации между этими моделями «чёрного ящика» нужно использовать дополнительную информацию. Из данных «Кассини» можно извлечь информацию об орбите спутника, в частности о её вытянутости (эксцентриситете) и прецессии (смещении перицентра) под воздействием других спутников. Единственный сценарий, позволяющий объяснить относительно быструю прецессию — модель с глубоким глобальным океаном. Более того, данные позволяют определить толщину и самой внешней ледяной оболочки.
Статья астрофизиков Парижской обсерватории (Observatoire de Paris-PSL) о молодом подлёдном океане в конце февраля 2024 года опубликована в Nature. Океан, как предполагают, располагается на глубине 20—30 километров под ледяной поверхностью и занимает половину объёма Мимаса. На масштабах Земли это всего 1,2—1,4% её Мирового океана. Несмотря на маленький размер, Мимас имеет внушительную вмятину — второй по величине ударный кратер в Солнечной системе, так что его иногда сравнивают со «Звездой Смерти» в «Звёздных войнах». Кратер нaзывается Гершель по имени первоoткрывателя спутника. В отличие от океанов на Европе (спутнике Юпитера) и Энцеладе, океан Мимаса не старше 25 миллионов лет — это астрогеологи также умеют определять по особенностям орбиты и затуханию колебаний от приливных возмущений. Кроме того, граница раздела между льдом и жидкой водой должна была подняться на предполагаемую глубину 30 километров очень недавно, всего 1—2 миллиона назад. Как следствие, океан не успел сформировать на поверхности спутника характерных геоморфологических структур — тех же «тигровых полос» Энцелада.
Открытие молодого океана на Мимасе расширяет наши представления о возможных ареалах жизни за пределами Земли. Оказывается, что даже небольшие и вроде бы геологически неактивные луны за «снеговой линией» (спутники планет-гигантов) могут иметь океаны, в которых есть условия для развития жизни. Мимас присоединился к семейству спутников планет, которые с большой вероятностью обладают подповерхностными океанами. Кроме него, на сегодня это два других спутника Сатурна Энцелад и Титан, а также спутники Юпитера Европа и Ганимед.