На спутнике Сатурна Рее обнаружили следы ракетного топлива. Откуда оно там?

Вещество гидразин используется на Земле как ракетное топливо. Ученые теряются в догадках, как оно могло попасть на ледяной спутник Сатурна Рею. Рассказываем, какие у астрономов есть теории и что известно об этой луне.

Что ученым известно о спутнике Сатурна — Рее?

Рея — второй по величине спутник Сатурна, но со средним радиусом 764 км он составляет менее трети радиуса самого большого спутника Сатурна, Титана. Это маленькое, холодное, безвоздушное тело, очень похожее на сестринские луны — Диону и Тетис. Как и в случае с двумя другими лунами, Рея приливно синхронизирована по фазе со своей родительской планетой — одна сторона всегда обращена к Сатурну — когда она завершает свой 4,5-земной день по орбите. Температура поверхности Реи также похожа на температуру Дионы и Тетиса: −174 °C в освещенных Солнцем областях и −220 °C — в затененных. У Реи высокая отражательная способность (или геометрическое альбедо). Это предполагает, ее поверхность в основном состоит из водяного льда.

Рея находится на расстоянии 527 тыс. км дальше от Сатурна, чем Дион и Тетис. Из-за этого она не получает достаточных приливных колебаний от Сатурна для внутреннего нагрева. Кроме того, Рея больше поражена кратерами, чем Диона и Тетис.

Особенности поверхности и атмосферы

Рея казалась астрономам крошечной точкой до наблюдений «Вояджера» (1 и 2) в 1980 и 1981 годах. Изображения космического корабля показали, что поверхность Реи можно разделить на две области: испещренную кратерами более 40 км освещенную местность и области второго типа в частях полярного и экваториального региона с кратерами диаметром меньшего размера. Похоже, когда-то давно в истории Реи произошло «обновлению поверхности». Однако это было бы давно, считается, что средний возраст равнин составляет около 4 млрд лет.

Изображения «Вояджера» также показали загадочные линейные «тонкие» линии протяженностью от десятков до сотен миль, часто прорезающие равнины и кратеры. В 2006 году изображения космического корабля «Кассини» показали, что эти области представляют собой трещины, как у каньонов. Такие скалы говрят о том, что Рея могла быть тектонически активной в прошлом. Этот тип поверхностных элементов встречается также на Дионе и Тетисе.

Космический корабль «Кассини» обнаружил очень тонкую атмосферу — экзосферу, наполненную кислородом и углекислым газом вокруг Реи в 2010 году. Это был первый случай, когда космический корабль непосредственно захватил молекулы кислородной атмосферы — хотя и очень тонкой — в мире, отличном от Земли.

Кислород на поверхности Реи примерно в 5 трлн раз менее плотен, чем у нас на Земле. 

Как Рея получила свое имя?

Луну Сатурна назвали в честь титаниды в древнегреческой мифологии — Реи, матери олимпийских богов (в том числе Зевса), дочери Урана и Геи. Ее мужем был Кронос (римский Сатурн). 

Кассини называл Рею одной из четырех Sidera Lodoicea (Звезд Людовика) после короля Людовика XIV (три других были Тетис, Дионой и Япетом). Астрономы также называют Рею Сатурном V, что означает пятую луну на расстоянии от Сатурна. Геологические объекты Реи обычно получают свои названия от людей и мест из мифов о сотворении мира. Международный астрономический союз в настоящее время контролирует именование астрономических тел.

Главная загадка Реи

Вторая по величине луна Сатурна — Рея, одно из самых странных небесных тел. У этого спутника есть свои кольца, как у Сатурна. Эти кольца — первые в истории, обнаруженные вокруг луны. Однако на этом уникальные особенности Реи не заканчиваются — предыдущие спектроскопические исследования указали на неидентифицируемое вещество на ее поверхности.

И теперь старые данные «Кассини» могут разрешить эту давнюю загадку. Новые результаты подробно описаны в исследовании, опубликованном в журнале Science Advances.

Тайна поверхности Реи началась несколько десятилетий назад, когда космический корабль НАСА «Кассини» пролетел над Реей в рамках своей миссии по исследованию Сатурна и его спутников. Он провел спектрографический анализ, собрав данные ультрафиолетовых изображений луны и ее химического состава, подтвердив, что ее поверхность состоит из льда. Но данные также показали наличие неидентифицируемого материала.

Как ученые сделали открытие?

Бхаламуруган Сивараман — доцент Лаборатории физических исследований в Индии и соавтор нового исследования. В своем интервью для Inverse она рассказала, как команда пыталась исследовать химическую природу этого загадочного сигнала. Для этого учены вернулись к исходным данным «Кассини».

«Мы использовали данные из архива «Кассини», чтобы точно понять, что происходит», — говорит Сивараман.

Команда, стоящая за новым исследованием, проанализировала данные, собранные пролетом «Кассини», и провела лабораторные эксперименты, чтобы проверить разные молекулы и посмотреть, какая из них могла бы дать неизвестный сигнал.

Что они обнаружили?

Перебрав возможных кандидатов, исследователи в конечном итоге нашли вероятного виновника: гидразин. Гидразин — неорганическое соединение, бесцветная жидкость с таким же резким запахом, как и аммиак. H₂N—NH₂ — чрезвычайно токсичная, сильно гигроскопичная жидкость. Здесь, на Земле, он используется в фармацевтике, агрохимикатах и ​​в качестве ракетного топлива для космических кораблей. Согласно исследованию, это первый раз, когда такое соединение было обнаружено на луне.

Чтобы понять, откуда мог взяться гидразин, Сивараман и его коллеги, по сути, попытались воссоздать условия поверхности Реи в лаборатории.

Любопытно, что это моделирование предполагает, что лунный сосед Реи, Титан, самый большой спутник Сатурна, может быть связан с присутствием гидразина. Исследователи предполагают, что Титан может испускать молекулы азота (N) в сторону Реи, которые затем превращаются в гидразин в результате межлунного взаимодействия.

Такое взаимодействие двух лун — большая редкость в нашей Солнечной системе. Но, учитывая размер Титана, вполне вероятно, что Луна будет оказывать некоторое влияние на окружающие его объекты.

Что в итоге?

Учитывая, что это первое обнаружение гидразина на луне, команда, проводившая исследование, хочет продолжить наблюдение за другими лунами, чтобы увидеть, образуется ли гидразин где-либо еще в Солнечной системе. Они также подозревают, что, возможно, еще предстоит открыть еще неизвестный химический состав.

Эта конкретная работа помогает нам идентифицировать другую молекулу, о существовании которой ученые не знали раньше.