Астрономы не могут объяснить происхождение одного из спутников Сатурна

Разрабатывая новый метод измерения изотопных соотношений воды и углекислого газа, ученые пришли к неожиданным выводам. Оказалось, что вода в кольцах и спутниках Сатурна по своим свойствам очень напоминает воду на Земле. Исключением является только спутник Сатурна Феба, где вода более необычна, чем на любом другой объекте из изученных в Солнечной системе на сегодняшний день.

Результаты данного исследования были приведены в статье «Изотопные соотношения колец и спутников Сатурна: предпосылки для формирования воды и Феба». Автором статьи является ученый Планетарного научного института Роджер Н. Кларк. Его открытие говорит о том, что теперь необходимо изменить всю модель формирования Солнечной системы, так как это исследование противоречит текущим моделям. Соавторами исследования являются Роберт Х. Браун (У. Аризона), Дейл П. Кройкшанк (NASA) и Грегг Суэйзи (USGS).

Изотопы представляют собой разные формы элементов, но с различным числом нейтронов. Добавление нейтрона добавляет массу к элементу и может изменить процессы формирования планеты, кометы или спутника планеты. Вода состоит из двух атомов водорода (H) и одного атома кислорода — H2O. Добавление нейтрона в один атомомов водорода, называемый дейтерием (D), увеличивает массу молекулы воды (HDO) примерно на 5 процентов, а это небольшое изменение приводит к изотопическим различиям в образовании планеты, спутника или кометы, меняет процесс испарения воды после их формирования. Отношение дейтерия к водороду (D/H) является последствием совокупности нескольких условий, таких как температура и эволюция с течением времени. Испаряющаяся вода обогащает дейтерий, оставшийся на поверхности.

Модели для образования Солнечной системы показывают, что соотношения D/H должно быть намного выше в более холодной внешней Солнечной системе, чем в более горячей внутренней части, где сформировалась Земля, так как дейтерий более распространен в холодных молекулярных облаках. Некоторые модели прогнозируют, что D/H должен быть в 10 раз выше для системы Сатурна, чем на Земле. Но новые измерения показывают, что это не относится к кольцам Сатурна и спутникам, кроме луны Сатурна Феба.

Открытие необычного изотопного соотношения дейтерия к водороду (D/H) для луны Сатурна Феба означает, что спутник был сформирован и произошел из большей части Солнечной системы.

«Отношение D/H на Фебе — это самое высокое значение из измеренных в Солнечной системе, что подразумевает происхождение в спутника в холодной внешней Солнечной системе далеко за пределами Сатурна», — отметил Кларк.

Команда также измерила отношение углерода-13 к углероду-12 (13C/12C) на таких спутниках Сатурна как Япет и Феба. Выяснилось, что Япет также имеет D/H как на Земле, а также соотношение 13C/12C близкое к значениям Земли, но у Фебы почти в пять раз выше показатели изотопа углерода. Присутствие углекислого газа указывает на то, насколько Феба могла испариться в космосе после образования, то есть, что спутник сформировался в очень холодных внешних частях Солнечной системы, намного дальше, чем Сатурн, и только потом был захвачен на орбите Сатурна. Как это могло произойти остается неизвестным. В настоящее время пока нет точных измерений D/H или 13C/12C для ледяных поверхностей на объектах Плутона или других в поясе Койпера, расположенных за пределами Плутона, но эта новая методика в скором времени позволит провести такие измерения.