Загадочные спутники в Солнечной системе

За последние пять лет астрономы насчитали в нашей Солнечной системе несколько десятков спутников (на момент подготовки этой статьи было 86), двигающихся вокруг своих планет в направлении, противоположном их вращению! Они получили название нерегулярных (в отличие от регулярных, обращающихся в прямом направлении по отношению к своим планетам). Похоже, что нерегулярные спутники возникли в те давние времена, когда гравитационные воздействия новорожденных планет срывали меньшие по размерам тела с их изначальных орбит и переводили их на обратные орбиты.

Ученым стало ясно, что изучение этих процессов может пролить свет на самые ранние стадии формирования Солнечной системы.

«Попутчики» планет-гигантов

Как ни странно, первый нерегулярный спутник, названный Тритоном, был обнаружен еще в 1846 году у предпоследней из известных планет Солнечной системы – Нептуна. Этому спутнику, можно сказать, повезло, поскольку большинство нерегулярных спутников ввиду их малых размеров и слабой светимости обнаружить очень трудно. К тому же, в отличие от регулярных спутников, они рассеяны по большому пространству. Например, самый удаленный регулярный спутник Юпитера находится на расстоянии двух миллионов километров от своей планеты, а известные нерегулярные спутники Юпитера вращаются на удалении от него на 30 миллионов километров!
Напомним, что планетами-гигантами в нашей Солнечной системе являются Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

До недавнего времени за Юпитером «числились» 8 регулярных спутников и 55 нерегулярных, за Сатурном – 21 регулярный и 26 нерегулярных, за Ураном – 18 регулярных и 9 нерегулярных, за Нептуном – 6 регулярных и 7 нерегулярных и за Плутоном – 1 регулярный спутник. Сейчас картина резко изменилась. Оказалось, что четыре гигантские планеты имеют множество нерегулярных спутников. Согласно результатам экстраполяции имеющихся астрономических данных, у каждой из планет-гигантов должно быть около с т а (!) нерегулярных спутников диаметром более километра! В системе спутников Юпитера эти размеры колеблются в диапазоне от 180 километров (у Гималии) до двух километров у самых мелких «попутчиков». Эти спутники движутся по самым сложным в Солнечной системе – петлеобразным орбитам. Поскольку нерегулярные «попутчики» находятся на очень большом удалении от своих планет на них почти в равной мере действуют гравитационные силы своей планеты и Солнца. В результате происходит быстрая прецессия орбиты спутника (поворота большой оси ее эллипса).

Ритмы космоса

Если указанная прецессия соответствует частоте обращения планеты вокруг Солнца, спутник попадает в резонанс. В этой ситуации постепенно накапливаются последствия солнечной гравитации, деформирующие орбиту спутника: ее эллипс вытягивается до такой степени, что спутник либо сталкивается со своей планетой, либо врывается в гравитационные «объятия» Солнца! Анализ различных воздействий на движение спутника позволил обнаружить в системе Юпитера до 17 осколков разбившегося при столкновении более крупного «попутчика».

Одним из немногих хорошо изученных нерегулярных спутников является спутник Сатурна Феба. Он был исследован космическим межпланетным зондом «Кассини» в июне 2004 года. С его помощью удалось получить четкие изображения многочисленных кратеров и спектры отраженного солнечного света, свидетельствующие о наличии на Фебе льда из воды и двуокиси углерода. Спутники планеты Нептун Тритон и Нереида, исследованные зондом «Вояджер-2». тоже оказались покрытыми льдами. Следовательно, они сформировались вдали от Солнца.

Остатки «строительного материала»

Есть основания предполагать, что нерегулярные спутники являются остатками «строительного материала» от формирования планет. Подобно астероидам и ядрам комет они сначала обращались вокруг Солнца, а затем были захвачены планетами. Знаменитая комета Шумейкеров-Леви 9, к примеру была захвачена сложнейшими гравитационными взаимодействиями и оказалась на временной орбите вокруг Юпитера, после чего в 1994 году была разорвана гравитационными силами планеты и упала на нее. Если бы этого не случилось, то через сотни лет комета вновь оказалась бы на гелиоцентрической орбите! Астрономам известны несколько случаев возвращения в околосолнечное пространство объектов после временного «пленения» их Юпитером.

Варианты захвата

в 70-х годах прошлого века теоретики предложили три варианта сценария захвата спутников. При первом варианте «кандидат» в спутники, если он мал по размерам, сгорит в атмосфере планеты, мимо которой пролетает Если же «кандидат» велик по размерам, он пройдет сквозь нее и продолжит свой путь по орбите вокруг Солнца. Только при средних размерах «заблудившееся» небесное тело окажется захваченным планетой.

Второй механизм захвата срабатывает на стадии роста планеты. Астероиды и другие «кандидаты» в спутники попадают в своеобразную гравитационную ловушку из-за резко возросшей массы планеты. Как и в предыдущем сценарии, этот вариант не объясняет наличия спутников у Нептуна и Урана, которые не переживали резкого увеличения своей массы.

В 1971 году был предложен третий вариант интересующей нас проблемы, основу которого составляет процесс столкновения двух тел в космосе. Но позже выяснилось, что захват может произойти и без столкновения. В мае 2006 года астрономы предложили иной вариант тройного захвата: при нем система «спутник — планета» разрывается гравитационными силами, один из компонентов выбрасывается из системы, а второй – выходит на свою орбиту.

Откуда взялись «попутчики»?

Согласно новейшим астрономическим открытиям, все четыре гигантские планеты в Солнечной системе окружены нерегулярными спутниками. В поисках их происхождения ученые сосредоточились на изучении сценария тройного захвата «кандидатов». Именно тройной захват может объяснить почти одинаковое количество нерегулярных спутников у планет-гигантов.

Однако остается вопрос: откуда взялись эти спутники? Ученые предлагают два варианта ответа на этот вопрос. Согласно первому варианту, «кандидатами» могли быть астероиды и ядра комет, оказавшиеся в том же районе Солнечной системы, что и захватившие их планеты. Второй вариант ответа исходит из предположения о том, что примерно через 700 миллионов лет после завершения формирования планет Солнечная система была обильно замусорена планетезималями («зародышами» будущих небесных тел). В какой-то момент в ходе «выруливания» больших планет на их современные орбиты и в результате мощных гравитационных взаимодействий Сатурна и Юпитера мириады астероидов и комет были рассеяны в космическом пространстве. Некоторые из этих блуждающих тел могли быть захвачены крупными планетами. Основная же часть рассеянных «кандидатов» в спутники сосредоточилась за орбитой Нептуна в так называемом поясе Койпера.

Перспективы

Сейчас активно продолжается изучение систем нерегулярных спутников. Уже удалось доказать, что захваты «кандидатов» в эти спутники происходили на ранних этапах эволюции Солнечной системы, поскольку в более поздние времена условий для этого уже не было. Кроме того, сходство систем нерегулярных спутников у планет-гигантов свидетельствует о появлении этих «попутчиков» в результате тройного захвата – единственного механизма, подходящего как для Нептуна, так и для Юпитера, Таким образом, нерегулярные спутники, сосредоточившиеся вокруг планет-гигантов, хранят память о событиях, произошедших многие миллионы лет назад.