Вода в кольцах и спутниках Сатурна такая же, как на Земле, за исключением луны Фиби, которая находится вне этого мира.

На фото: Вверху внизу слева: Cassini VIMS, инфракрасный вид на Сатурн. Синий – это инфракрасный свет, в котором водяной лед отражается относительно ярко. Красный – это длинноволновое тепловое излучение, показывающее тепло из глубины планеты. Зеленый – это инфракрасные волны, на которых сияние излучается светом. Вверху справа вверху: Фиби в видимом свете. Фиби очень темная, как уголь, в то время как кольца очень яркие в видимом свете, как слегка грязный снег. Фиби не в масштабе по отношению к Сатурну. Фото: НАСА, JPL, команда VIMS, команда ISS, У. Аризона, Д. Мачасек, У. Лестер.

Разработав новый метод дистанционного измерения изотопных соотношений воды и углекислого газа, ученые обнаружили, что вода в кольцах и спутниках Сатурна неожиданно похожа на воду на Земле, за исключением луны Сатурна Фиби, где вода более необычна, чем на любом другом. Другой объект до сих пор изучен в Солнечной системе.

Результаты, найденные в статье Икара «Изотопные соотношения колец и спутников Сатурна: последствия для происхождения воды и Фиби» старшего научного сотрудника Института планетологии Роджера Н. Кларка, также означают, что нам необходимо изменить модели формирования Солнечной системы. Система, потому что новые результаты находятся в конфликте с существующими моделями. Роберт Х. Браун (США, Аризона), Дейл П. Круикшанк (НАСА) и Грегг А. Суэйзи (USGS) являются соавторами.

Изотопы – это разные формы элементов, но с разным количеством нейтронов. Добавление нейтрона добавляет массу к элементу, и это может изменить процессы формирования планеты, кометы или луны. Вода состоит из двух атомов водорода (H) и одного атома кислорода, H2O. Добавление нейтрона к одному атому водорода, который затем называется дейтерием (D), увеличивает массу молекулы воды (HDO) примерно на 5 процентов, и это небольшое изменение приводит к изотопным различиям в образовании планеты, луны или кометы, и изменяет испарение воды после пласта. Отношение дейтерия к водороду (D/H) является отпечатком условий пласта, включая температуру и эволюцию во времени. Испаряющаяся вода обогащает дейтерий на оставшейся поверхности. 

Модели для формирования Солнечной системы показывают, что D/H должно быть намного выше в более холодной внешней Солнечной системе, чем в более горячей внутренней системе, где сформировалась Земля. Дейтерий более распространен в холодных молекулярных облаках. Некоторые модели предсказывают, что D/H должно быть в 10 раз выше для системы Сатурна, чем на Земле. Но новые измерения показывают, что это не относится к кольцам и спутникам Сатурна, кроме луны Сатурна, Фиби. 

По словам Кларка, обнаружение необычного изотопного отношения дейтерия к водороду (D/H) для спутника Сатурна Фиби означает, что оно образовалось и происходит из далекой части Солнечной системы. «Отношение D/H Фиби является самым высоким значением, которое все же измеряется в Солнечной системе, подразумевая происхождение в холодной внешней Солнечной системе далеко за пределами Сатурна». 

Команда также измерила отношение углерод-13 к углероду-12 (13C/12C) на спутнике Сатурна Япете и Фиби. У Iapetus, который также имеет D/H, подобный Земле, также есть 13C/12C, близкий к земным значениям, но Фиби почти в пять раз выше в углеродном изотопе. Присутствие углекислого газа накладывает ограничения на то, сколько Фиби могло испариться в космосе после образования, оставляя единственную возможность того, что Фиби образовалась в очень холодных внешних областях Солнечной системы, намного дальше, чем Сатурн, и впоследствии была возмущена на орбиту где он был захвачен Сатурном. Точно, как далеко Фиби возникла, неизвестно. В настоящее время нет измерений D/H или 13C/ 2C для ледяных поверхностей на объектах Плутона или пояса Койпера за Плутоном, но эта новая методология позволит нам проводить такие измерения на поверхности льда. 

Измерения проводились на космическом корабле NASA Cassini с использованием спектрометра визуального и инфракрасного картографирования (VIMS) в течение полета. Улучшенная калибровка прибора, завершенная в начале 2018 года, позволила обеспечить точность, необходимую для этих измерений отраженного света от колец и спутников. Новый метод измерения изотопных отношений на твердых телах, таких как водяной лед и углекислый лед с использованием отражательной спектроскопии, позволит дистанционно измерять изотопные отношения для других объектов в Солнечной системе, накладывая дополнительные ограничения на модели формирования Солнечной системы. 

Значения D/H системы Сатурна, близкие к значениям Земли, подразумевают аналогичный источник воды для внутренней и внешней Солнечной системы, и необходимо разрабатывать новые модели, когда переход от внутренней к внешней Солнечной системе меньше. 

Миссия NASA Europa Clipper может быть использована для измерения изотопных отношений на ледяных галилеевых спутниках вокруг Юпитера, и Кларк является со-исследователем миссии и надеется провести такие измерения. 

По материалам phys.org