Нереида, третий по величине спутник Нептуна, может быть единственным уцелевшим объектом из древней группы лун, разрушенных в начале истории Солнечной системы, согласно новому анализу, основанному на данных космического телескопа «Джеймс Уэбб».
Нептун, восьмая и самая удаленная от Солнца планета, выделяется среди внешних планет нашей Солнечной системы своей необычной группой спутников. Другие внешние гиганты — Уран, Сатурн и Юпитер — имеют в целом схожий, упорядоченный набор спутников, причем несколько крупных лун вращаются в том же направлении, что и вращение самой планеты.
Но у Нептуна гораздо меньшая и более хаотичная коллекция лун: Тритон, крупнейший спутник Нептуна, затмевает все остальные и вращается в направлении, противоположном вращению своей планеты. Это единственная крупная луна в Солнечной системе, которая делает это.
Астрономы подозревают, что причина странного поведения Тритона в том, что он произошел не из остатков формирования Нептуна, что заставило бы его вращаться в том же направлении, что и планета. Вместо этого они выдвигают гипотезу, что Тритон мог возникнуть в поясе Койпера — кольцеобразной области ледяных тел на окраине Солнечной системы — и вошел в окрестности Нептуна более 4 миллиардов лет назад.
Предыдущие исследования показали, что Тритон мог быть захвачен гравитацией Нептуна после близкого пролета и заброшен внутрь, врезавшись в изначальную систему спутников Нептуна.
Если у Нептуна действительно был первоначальный набор лун, более похожий на спутники его планет-соседей, то прибытие Тритона — который лишь немного меньше нашей собственной Луны — вызвало бы хаос, столкнувшись с другими спутниками и уничтожив некоторые из них. Текущие особенности системы Нептуна подтверждают этот сценарий, и семь его внутренних лун, по-видимому, являются остатками этого древнего столкновения.
Но теперь новое исследование с использованием данных космического телескопа «Джеймс Уэбб» предполагает, что один объект мог быть полностью пощажен этим хаосом.
«Я думаю, что Нереида — единственный уцелевший объект этого процесса», — сказал Мэттью Беляков, аспирант по планетологии в Калифорнийском технологическом институте и первый автор исследования на эту тему, опубликованного в среду в журнале Science Advances.
«Другие уцелевшие — это самые внутренние луны Нептуна, но они не являются цельными, потому что у нас есть их изображения с "Вояджера", и они выглядят как разрушенные груды обломков. Таким образом, это уцелевший материал из первоначальной системы, но не полностью целые луны».
Эта гипотеза опровергает прежние предположения о том, что Нереида, подобно Тритону и нескольким другим спутникам Нептуна, была захваченным объектом пояса Койпера, поскольку новые данные «Уэбба» показали, что состав Нереиды не соответствует тому, что ученые знают об объектах пояса Койпера.
Астрономы мало знают о Нереиде, потому что она тусклая и находится далеко от Земли и Солнца. Единственное изображение, которое есть у ученых, — это размытая фотография, сделанная в 1989 году космическим аппаратом НАСА «Вояджер-2» во время его краткого пролета мимо Нептуна. Нереида — самая внешняя из известных лун Нептуна, и у нее одна из самых эксцентричных (то есть некруговых) орбит в Солнечной системе. Луне требуется 360 земных дней, чтобы совершить один оборот вокруг Нептуна.
Названная в честь морских нимф из греческой мифологии, Нереида, как полагают, имеет диаметр около 210 миль (338 километров). Даже если она является частью первоначального набора лун, которые были у Нептуна вскоре после его формирования, около 4,5 миллиардов лет назад, трудно предположить, как могла выглядеть эта система, по словам Белякова. «Трудно сказать, что было там до Тритона», — сказал он.
Как и Тритон, Нереида является нерегулярным спутником — классом объектов, чьи орбиты наклонены, обратны или удалены от своей планеты, что позволяет предположить, что они были захвачены своей планетой и ранее вращались вокруг Солнца независимо.
Но даже среди нерегулярных спутников Нереида является исключением, сказал Беляков. «Она в два раза больше по диаметру, чем следующий по величине, которым является Фиби вокруг Сатурна, и она не так уж далека от своей планеты по сравнению со многими другими нерегулярными спутниками». Некоторые особенности Нереиды, добавил он, уже давно заставляют некоторых астрономов сомневаться в ее происхождении из пояса Койпера.
Наблюдение продолжительностью 10 минут и 40 секунд, заказанное для исследования и выполненное с помощью инфракрасных возможностей «Джеймса Уэбба», которые могут раскрыть состав удаленного объекта, подтверждает эти сомнения.
«То, что мы обнаружили, было объектом, поверхность которого была богата водой, ярче, чем у многих объектов пояса Койпера, и с некоторым присутствием CO2», — сказал Беляков. «Общая сигнатура была более похожа на сигнатуру регулярных спутников вокруг Урана, чем на объекты пояса Койпера». Результаты были сравнены с данными 54 тел пояса Койпера, также полученными с помощью наблюдений «Джеймса Уэбба».
Затем Беляков и его коллеги провели компьютерное моделирование, чтобы проверить, будет ли гипотеза о Нереиде как части первоначальной системы спутников верной. «Что мы обнаружили в нашем моделировании, так это то, что в случаях, когда Тритон выживает, а не разрушается или не выбрасывается к Нептуну, — сказал Беляков, — примерно в 25% случаев одна или несколько лун могут пережить встречу с Тритоном на удаленных орбитах». Это число выгодно отличается от вероятности того, что Нереида вместо этого является захваченным объектом, добавил он.
В этом сценарии в первые 100 или 200 миллионов лет истории Солнечной системы Тритон врезался бы в систему Нептуна, столкнувшись с рядом первоначальных лун. Но Нереида была бы пощажена и вместо этого отправлена на эксцентричную орбиту. Это событие также замедлило бы собственную эксцентричную орбиту Тритона и поместило бы его на его нынешний путь, ближе к Нептуну.
«Я думаю, люди уже хотели, чтобы это было правдой», — сказал Беляков о возможной новой истории происхождения Нереиды. «Теперь мы можем запустить настоящий цикл научной обратной связи. Есть еще данные, которые необходимо собрать о составе Нереиды, которые могут помочь нам действительно обсудить формирование системы Нептуна, и если мы будем рассматривать Нереиду как регулярный спутник, возможно, это сможет многое рассказать нам о том, как формируются спутники вокруг ледяных гигантов».
Дальнейшие наблюдения «Джеймса Уэбба» могут помочь, но последнее слово о том, как на самом деле выглядит Нереида, потребует миссии к Нептуну. На данный момент такая миссия не запланирована, и «Вояджер-2», запущенный в 1977 году, является единственным космическим аппаратом, изучавшим эту систему.
Новое исследование является прекрасным и простым изучением того, как система спутников Нептуна стала такой, какой мы ее видим сегодня, по словам Кэролин Порко, американского планетолога, работавшего над миссиями НАСА «Вояджер» и «Кассини» и не участвовавшего в новом исследовании.
«Именно Тритон был захваченным телом, и впоследствии он вызвал хаос, гравитационно рассеивая первоначальные луны Нептуна туда-сюда, но в основном за пределы орбиты Нептуна», — написала Порко в электронном письме. «Авторы показывают, что правдоподобно, что Нереиде повезло остаться на орбите вокруг Нептуна, но на гораздо большем расстоянии, чем Тритон. Это объяснило бы, почему ее состав, наблюдаемый «Джеймсом Уэббом», не соответствует составу тел в поясе Койпера».
«Джеймс Уэбб» снова демонстрирует свою огромную мощь как исследователь Солнечной системы, сказал Ли Флетчер, профессор Школы физики и астрономии Лестерского университета в Англии, также не принимавший участия в работе.
«Мы давно знаем, что в коллекции спутников Нептуна есть что-то особенное, так как она была серьезно нарушена прибытием Тритона и других спутников, захваченных гравитацией Нептуна за эти годы», — написал Флетчер в электронном письме. «Учитывая эти разрушительные процессы, я не думаю, что мы ожидали увидеть что-либо, кроме обломков и мусора, оставшееся от первоначальной системы спутников Нептуна».
Но данные «Джеймса Уэбба» показывают обратное, и дальнейшая работа с телескопом может выявить более мелкие детали и, возможно, укрепить аргументы в пользу того, что Нереида является изначальным спутником, добавил он. «Это убедительная идея, и ее, безусловно, можно проверить с помощью будущих наблюдений JWST и, надеюсь, с помощью амбициозной будущей миссии к системе Нептуна».
Подпишитесь на научную рассылку CNN Wonder Theory. Исследуйте Вселенную с новостями об увлекательных открытиях, научных достижениях и многом другом.
Чтобы получать больше новостей и информационных бюллетеней CNN, создайте учетную запись на CNN.com