Двуликий Япет

Двуликий Япет

В 1671 году астроном Джованни Кассини, направив телескоп на Сатурн, столкнулся с загадкой. Он обнаружил третий по величине спутник планеты, но видел его лишь тогда, когда тот находился к западу от гиганта. Когда же небесное тело должно было появиться с восточной стороны, оно исчезало из виду. Лишь спустя десятилетия, вооружившись более мощной оптикой, Кассини понял причину: одно полушарие спутника отражало свет почти так же ярко, как свежевыпавший снег, а другое поглощало его, будучи черным как копоть. Ответ был получен в 2010 году после анализа данных космического аппарата «Кассини». Двухцветность Япета — это не результат внутренних геологических процессов, а следствие цепочки внешних событий, превративших обычный ледяной мир в уникальный маркер космической погоды.

Спутник Сатурна - Япет. Фото КА «Кассини», 2004 г.

Ведущее (переднее) полушарие Япета, которое всегда направлено по ходу движения спутника по орбите, покрыто слоем темного вещества толщиной в десятки сантиметров. Это вещество называют пылью или реголитом. Его альбедо составляет всего 0,03–0,05. Основным источником этой пыли считаются другие спутники Сатурна, в первую очередь далекая Феба, движущаяся по ретроградной (обратной) орбите.

Япет вращается вокруг Сатурна медленно — один оборот занимает около 79 земных суток. Поэтому, двигаясь сквозь пространство, он буквально подметает своей передней полусферой мелкие частицы темного материала, выбитые микрометеоритами со спутников-источников. На ведомое (заднее) полушарие эта пыль оседает значительно реже, поэтому там сохраняется изначальный цвет водяного льда с альбедо около 0,5–0,6. Само по себе оседание пыли объясняет потемнение, но не отвечает на вопрос, почему светлые участки остаются идеально чистыми, а граница между ними напоминает четкую линию на теннисном мяче. Дело в том, что тёмная поверхность поглощает гораздо больше солнечного тепла. Днем температура в области Кассини (тёмное полушарие) поднимается примерно до 129 Кельвинов, тогда как на яркой стороне она едва достигает 113 Кельвинов. При такой разнице температур водяной лед начинает активно испаряться (сублимировать) прямо из твердого состояния в газообразное именно с темной стороны. Молекулы воды улетают с теплого ведущего полушария и конденсируются в виде инея на холодном ведомом полушарии и в околополярных областях. Чем меньше льда остается на темной стороне, тем сильнее нагреваются обнажающиеся камни и пыль, ускоряя процесс. И наоборот: чем толще слой свежего белого инея на светлой стороне, тем лучше он отражает солнце, оставаясь экстремально холодным и притягивая все новые порции влаги.

Этот самоподдерживающийся процесс длится миллиарды лет. Уникальность Япета среди других синхронных спутников заключается в том, что из-за огромного радиуса орбиты у него очень длинные сутки. Поверхности хватает времени, чтобы прогреться до критической температуры. Кроме того, низкая гравитация и разреженность среды обеспечивают молекулам воды большую длину свободного пробега — они могут легко перелетать с одного полушария на другое, не сталкиваясь друг с другом. На близких к Юпитеру галилеевых спутниках этот эффект выражен слабо, так как их день слишком короток для такого масштабного перераспределения льда.

Спектроскопический анализ показал любопытную деталь: обе половины спутника, независимо от яркости, имеют красноватый оттенок на той стороне, которая смотрит по направлению движения. Ученые связывают это с химическим составом самой пыли, которая несет ответственность за формирование пятна.

Горный хребет «Стена Япета». Фото КА «Кассини», 2004 г.

Помимо окраски, Япет знаменит еще одной аномалией — экваториальным горным хребтом, опоясывающим спутник стеной высотой до 13 километров. Происхождение «стены Япета» остается предметом споров: ее могли создать либо сжатие пород при замедлении вращения древнего быстро крутящегося спутника, либо падение на экватор собственных разрушенных колец.

Таким образом, уникальная окраска Япета в конечном счете объясняется сочетанием трех факторов: его удаленности от Солнца, большого размера и, главное, специфического режима вращения, который позволил запустить необратимый цикл очистки одной половины мира и загрязнения другой.