Наблюдения с космического телескопа Джеймса Уэбба показывают, что Нереида, третий по величине спутник Нептуна, может быть единственным неповрежденным спутником, оставшимся от древнего скопления лун, разрушенного в начале истории Солнечной системы. Это открытие бросает вызов предыдущим гипотезам и предлагает новое понимание того, как спутниковые системы газовых гигантов формировались и развивались более 4 миллиардов лет назад.
Мэтью Беляков, аспирант кафедры планетологии Калифорнийского технологического института, возглавил исследование, опубликованное в среду в журнале Science Advances. Согласно исследованиям, Нереида будет единственной выжившей после катастрофического процесса, связанного с захватом Тритона, крупнейшего спутника Нептуна, из отдаленного региона Солнечной системы. Этот захват мог бы спровоцировать цепное столкновение, которое уничтожило бы практически всю первоначальную лунную систему Нептуна.
Уникальность Нептуна среди газовых гигантов
Нептун выделяется среди внешних планет Солнечной системы необычным и хаотичным набором спутников. Уран, Сатурн и Юпитер представляют собой упорядоченные системы спутников с несколькими более крупными спутниками, вращающимися в том же направлении, что и вращение родительской планеты. Нептун, напротив, имеет значительно меньшую и гораздо более беспорядочную коллекцию.
Тритон, самый большой спутник Нептуна, правит этой своеобразной системой. Имея размер, сравнимый с земной Луной, Тритон вращается в направлении, противоположном вращению своей планеты, и является единственным крупным спутником в Солнечной системе, который делает это. Эта аномальная особенность десятилетиями интриговала астрономов и привела к развитию устоявшейся гипотезы: Тритон не возник из остатков образования Нептуна, а был захвачен извне.
Ученые полагают, что Тритон зародился в поясе Койпера, кольцевой области ледяных тел на краю Солнечной системы, и вошел в среду Нептуна более 4 миллиардов лет назад после близкого сближения. Гравитация Нептуна захватила бы спутник, катапультировав его вглубь суши и нанеся разрушительные удары по изначальной спутниковой системе планеты.
Удар Тритона и космический хаос
Если бы Нептун действительно обладал уникальным набором спутников, подобных его планетарным соседям, прибытие Тритона было бы катастрофой. Имея диаметр чуть меньший, чем у Луны, Тритон столкнулся бы с другими спутниками, уничтожив при этом многие из них. Нынешние характеристики системы Нептуна подтверждают этот сценарий: семь внутренних лун кажутся остатками этого древнего столкновения.
Беляков объяснил: «Нереида — единственная неповрежденная выжившая в этом процессе. Остальные выжившие — это самые внутренние спутники Нептуна, но они не целы, потому что у нас есть их изображения с «Вояджера-2», и они кажутся потревоженными грудами обломков. Это уцелевший материал из ранней системы, но они не являются полностью неповрежденными спутниками».
Этот вывод контрастирует с предыдущими исследованиями, которые предполагали, что Нереида была объектом, захваченным из пояса Койпера, а также Тритона и некоторых других спутников Нептуна. Новые данные Джеймса Уэбба показали, что состав Нереиды не соответствует тому, что ученые знают об объектах пояса Койпера, что опровергает предыдущую гипотезу.
Нереида: неуловимая луна, не поддающаяся объяснению
Астрономам мало что известно о Нереиде, поскольку она тусклая и находится далеко от Земли и Солнца. Единственное изображение, которое получили ученые, — это размытая фотография, сделанная в 1989 году космическим кораблем НАСА «Вояджер-2» во время его короткого пролета над Нептуном. Нереида — самая дальняя известная луна Нептуна, имеющая одну из самых эксцентричных (некруговых) орбит во всей Солнечной системе: один оборот вокруг планеты занимает 360 земных дней.
Названная в честь нереид из греческой мифологии, Нереида, как полагают, имеет диаметр около 210 миль (338 километров). Этот размер делает его вдвое больше Фебы, следующего по величине спутника неправильной формы, расположенного вокруг Сатурна. Среди спутников неправильной формы, чьи орбиты наклонены, ретроградны или удалены от планет-хозяев, что предполагает внешний захват, Нереида является заметным исключением.
Беляков отметил: «Он находится не так уж далеко от своей планеты-хозяина по сравнению со многими другими спутниками неправильной формы». Некоторые особенности Нереиды уже давно заставляют астрономов сомневаться в ее происхождении из пояса Койпера, но конкретных данных не было до вмешательства Джеймса Уэбба.
Откровение Джеймса Уэбба
Десятиминутное и сорок секундное наблюдение, проведенное специально для исследования с использованием инфракрасных возможностей «Джеймса Уэбба», выявило состав поверхности Нереиды и предоставило убедительные доказательства. Исследователи обнаружили на поверхности объект с высоким содержанием воды, ярче, чем многие объекты пояса Койпера, и с заметным присутствием углекислого газа.
«Общая сигнатура была больше похожа на сигнатуру обычных спутников Урана, чем на объекты пояса Койпера», — сказал Беляков. Результаты были сопоставлены с данными Джеймса Уэбба, включающими 54 тела из пояса Койпера, что подтвердило этот вывод.
Компьютерное моделирование подтверждает гипотезу
Беляков и его коллеги провели компьютерное моделирование, чтобы проверить, выдержит ли гипотеза Нереиды как часть первоначальной лунной системы научное исследование. Результаты были обнадеживающими: в тех случаях, когда Тритон выживает, а не уничтожается или выбрасывается на Нептун, примерно в 25% случаев один или несколько спутников могут пережить встречу с Тритоном на далеких орбитах.
Эта вероятность выгодно отличается от шансов на то, что Нереида окажется захваченным объектом. Согласно предлагаемому сценарию, в течение первых 100–200 миллионов лет истории Солнечной системы Тритон столкнулся бы с системой Нептуна, уничтожив несколько первоначальных спутников. Однако Нереиду пощадили бы и отправили на эксцентричную орбиту. Это событие также замедлило бы собственную эксцентричную орбиту Тритона, поместив его на текущую траекторию, ближе к Нептуну.
Перспективы на будущее и потребность в исследованиях
Беляков подчеркнул важность продолжения исследований: «Я считаю, что люди уже хотели, чтобы это было правдой. Теперь мы можем запустить настоящую научную обратную связь. Необходимо собрать больше данных о составе Нереиды, которые могут помочь нам лучше понять формирование Нептуновой системы».
Дополнительные наблюдения с Джеймсом Уэббом могли бы укрепить выводы, но окончательное слово о реальном появлении Нереиды потребует миссии на планету. На данный момент ничего не запланировано. «Вояджер-2», запущенный в 1977 году, остается единственным космическим кораблем, подробно изучившим систему Нептуна.
Кэролин Порко, американский планетарный астроном, работавшая над миссиями НАСА «Вояджер» и «Кассини», описала новое исследование как «элегантное и простое исследование того, как лунная система Нептуна приобрела свой нынешний вид». По ее словам, “авторы демонстрируют, что вполне вероятно, что Нереиде посчастливилось остаться на орбите вокруг Нептуна, но на гораздо большем расстоянии, чем Тритон. Это могло бы объяснить, почему ее состав, наблюдаемый Джеймсом Уэббом, не соответствует составу тел в поясе Койпера”.
Значение для понимания лунных систем
Ли Флетчер, профессор Школы физики и астрономии Университета Лестера в Англии, подчеркнул роль Джеймса Уэбба: «Мы давно знали, что есть что-то особенное в коллекции спутников Нептуна, поскольку они были серьезно нарушены прибытием Тритона и других спутников, захваченных гравитацией Нептуна на протяжении многих лет. Учитывая разрушительные процессы, мы не ожидали увидеть что-либо от исходной спутниковой системы Нептуна, кроме обломков и обломков».
Однако данные Джеймса Уэбба говорят об обратном. Будущая работа с телескопом может выявить более мелкие детали и еще больше укрепить аргументы в пользу Нереиды как оригинального спутника. Гипотеза убедительна и, безусловно, может быть проверена с помощью будущих наблюдений Джеймса Уэбба и, в идеале, с помощью амбициозной будущей миссии в систему Нептуна.