Dzięki obserwacjom wykonanym przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a, udało się ustalić, że Europa posiada rzadką, ale za to niezwykłą atmosferę. Promieniowanie słoneczne z łatwością przenika do poszczególnych jej warstw, rozbijając przy tym nie tylko cząsteczki pary wodnej unoszące się nad powierzchnią, ale także cząstki powłoki lodowej. Woda rozbijana jest więc na wodór i tlen, przy czym lżejszy z pierwiastków ulatuje w przestrzeń, a cięższy – tlen, pozostaje zatrzymany przez siły grawitacji. Czego więc brakować może Europie bogatej w tlen i wodę? Cóż, oprócz odrobiny szczęścia, pojawienie się życia w znanej nam formie na jakimkolwiek globie, wymaga zaistnienia także innych, bardzo ważnych czynników. Więcej zagadek dotyczących bardzo optymistycznej wizji księżyca wyjaśnionych zostanie prawdopodobnie przez sondę JUICE, której początek misji zaplanowano na rok 2022.
Na wstecznym biegu
Tryton to największy towarzysz odległego Neptuna. Takich gigantów jak on w Układzie Słonecznym mamy kilku, ale mimo wszystko wspomniany księżyc wyróżnia się na tle wszystkich innych ciał uznanych za naturalne satelity planet, krążących wokół Słońca. Jako jedyny bowiem porusza się wokół swojej planety w ruchu wstecznym! To oznacza, że Neptun, wokół którego krąży ów księżyc, porusza się w przeciwnym do ruchu globu kierunku. To bardzo rzadkie zjawisko jednoznacznie wskazuje, że Tryton nie jest obiektem powstałym bezpośrednio w rejonie dysku planetarnego, w którym narodził się sam Neptun. Astronomowie uznali więc, że księżyc ten jest niczym innym, jak przechwyconym przez pole grawitacyjne gazowego olbrzyma uchodźcą z pasa Kuipera.
Większość małych obiektów Układu Słonecznego, m.in. komet krótkookresowych i planetoid, pochodzi właśnie z tego, rozciągającego się na przestrzeni od 20 do 50 jednostek astronomicznych od Słońca, obszaru. To również tam najprawdopodobniej narodził się zdegradowany do planety karłowatej Pluton. Naukowcy porównując jego skład ze składem Trytona zauważyli tylko niewielkie różnice, podczas gdy oba obiekty podobne są także pod innymi względami – mają zbliżony rozmiar i masę. Astronomowie łatwo zauważyli więc, że Tryton i Pluton pochodzą z tego samego obszaru Układu Słonecznego, czyli z Pasa Kuipera. Nie tylko te dane wskazują na fakt, że największy księżyc Neptuna jest w rzeczywistości tylko przybranym naturalnym satelitą. Naukowcy wskazują również, że dowodem może być ekscentryczna orbita innego z księżyców krążących wokół niebieskiego olbrzyma – Nereidy. Przechwycony Tryton oddziaływał na inne, regularne globy, przecinając ich orbity. Oddziaływanie grawitacyjne tak dużego obiektu doprowadziło do roszady wśród orbit pozostałych naturalnych satelitów Neptuna, a w wyniku tego procesu najbardziej ucierpiała wspomniana Nereida, wypchnięta daleko ze swojego pierwotnego położenia.
Jak właściwie Tryton dostał się pod opiekę Neptuna? Aby tak duże ciało mogło zostać przechwycone grawitacyjne, musi utracić znaczną część swojej energii i zwolnić do prędkości pozwalającej sąsiedniej planecie na bezpośrednie oddziaływanie i przechwycenie obiektu. Nagłe wyhamowanie Trytona tłumaczy jedynie jego zderzenie z innym, masywnym obiektem pasu Kuipera. Niewykluczone także, że w czasie pobytu w owym obszarze Tryton posiadał niewielkie towarzyszące mu ciało, a w takim przypadku silne oddziaływanie Neptuna doprowadziło do dysocjacji jednego ze składników systemu binarnego, który został następnie przechwycony przez pole grawitacyjne planety. Co ciekawe, naukowcy prognozują, że w przyszłości Tryton zbliży się do swojej planety na tyle, że prawdopodobnie rozpadnie się on na niewielkie fragmenty, które utworzą wokół Neptuna pierścień nawet tak pokaźny, jak ten, który posiada Saturn!
Odmienna od pozostałych księżyców rotacja zdecydowanie wyróżnia Trytona. Jednak podobnie do wspominanych wcześniej „dziwaków” Układu Słonecznego, wyróżnia go także inna, istotna cecha. Satelita ten jest jednym z nielicznych księżyców, na których występują pory roku. Oś obrotu Trytona ustawiona jest pod kątem 157 stopni w stosunku do osi obrotu Neptuna i pod kątem 130 stopni do płaszczyzny orbity tej planety. Taka konfiguracja sprawia, że jeden z biegunów globu zwrócony jest cały czas w kierunku Słońca. Co 82 lata, w miarę jak Neptun przesuwa się wokół gwiazdy macierzystej, bieguny zamieniają się pozycjami. Taka sytuacja prowadzi do okresowych zmian, związanych z poziomem oświetlenia biegunów. Podobnie jak na Ziemi, na księżycu tym występują więc pory roku. W czasie trytonowej zimy Voyager 2 zaobserwował na jednym z biegunów czapy lodowe z zamarzniętego azotu i metanu (głównych składników atmosfery tego księżyca). Stałe obserwacje pozwoliły zauważyć stopniowo postępujące zmiany m.in. w gęstości atmosfery i ciśnieniu jakie w niej panuje.
Księżycowe gejzery
Enceladus krąży wokół Saturna i choć nie jest jedynym księżycem, na którym obserwuje się pióropusze wodne (dostrzeżono je także na wspominanej wcześniej Europie), setki gejzerów występujących na jego powierzchni, czynią z niego jeden z najbardziej „wybuchowych” naturalnych satelitów Układu Słonecznego. Skąd się właściwie wzięły?
Już w czasie przelotu sondy Voyager w pobliżu Enceladusa w latach 80. XX w., astronomowie zauważyli, że może on być aktywny geologicznie. Wskazywały na to przede wszystkim liczne pęknięcia i rozległe deformacje powierzchni, będące wynikiem działania złożonych procesów tektonicznych. Uwagę astronomów przyciągnęło także wysokie albedo globu. Odbija on prawie 100% padającego na niego światła, co czyni go w pewnym sensie najjaśniejszym (poza Słońcem) obiektem Układu Słonecznego. Jak się wkrótce okazało, wysokie albedo związane jest z lodem, który szczelnie pokrywa całą powierzchnię Enceladusa. Znikoma ilość pochłanianej przez atmosferę księżyca energii słonecznej sprawia, że najwyższe temperatury oscylują tam w granicach 200 stopni Celsjusza.
Pierwsze obserwacje pióropusza wodnego możliwe były dzięki sondzie Cassini, przelatującej w regionie księżyca w 2005 roku. Pomocny okazał się zainstalowany na pokładzie sondy magnetometr. Dzięki niemu możliwa była analiza fal wytwarzanych w czasie oddziaływania zjonizowanych cząsteczek i pola magnetycznego. Wkrótce naukowcy dowiedzieli się, że wyrzucany w przestrzeń gaz to para wodna – jej zjonizowane cząsteczki zostały wykryte przez wspominany instrument. Cassini miała także okazję na bezpośredni kontakt z wyrzuconymi w przestrzeń oparami, dzięki czemu z dużą dokładnością określono ich skład. Oprócz wody w stanie gazowym, odnaleziono tam także niewielkie ilości azotu cząsteczkowego, metanu oraz dwutlenku węgla.
Łączona analiza danych obrazowania, spektrometrii masowej i magnetosferyczna wskazały jasno, że obserwowane pióropusze emitowane są pod wysokim ciśnieniem z głębokich, podpowierzchniowych komór, przypominających występujące na Ziemi gejzery. Ich aktywność zależna jest od położenia Enceladusa względem Saturna. Para wodna i drobinki lodu wyrzucane są z prędkością ponad 400 m/s i podróżują nawet 1,5 tysiąca kilometrów ponad powierzchnię księżyca. Dzięki temu w materię zasilany jest jeden z pierścieni Saturna, w którym krąży Enceladus (pierścień E).
W czasie swoich przelotów wokół „wybuchowego” księżyca Cassini zbliżyła się do niego na odległość zaledwie 30 kilometrów! Możliwe było wówczas wykonanie szczegółowych fotografii, pozwalających na odtworzenie następujących po sobie kolejno procesów geologicznych, które zachodziły na Enceladusie w ciągu ostatnich milionów lat. W czasie jednego ze zbliżeń Cassini wykryła na południowym biegunie miejsce zdecydowanie cieplejsze niż obszary równikowe. Wkrótce odnaleziono tam lodowy wulkan. Astronomowie doszli do wniosków, że pod stosunkowo cienką powłoką lodu znajdować może się woda w stanie ciekłym – podobnie jak w przypadku Europy. Inne modele zakładają, że gejzery są efektem wzajemnego tarcia płyt lodowych, które przyczyniają się do sublimacji gazowej materii i jej szybkiego wyrzucania w przestrzeń pod wpływem wysokiego ciśnienia.
Kosmiczny Pac-Man
Fani gier wideo z pewnością będą zachwyceni. Wielu słyszało już o niespotykanym księżycu Saturna, którego rozkład temperatury przypomina wyglądem żółtą kulkę – tytułową bohaterkę popularnej gry Pac-Man. Jednak niewielu wie, że wokół planety słynącej z posiadania ogromnych pierścieni krąży nie jeden, a dwa księżyce o tak niespotykanym rozkładzie temperatury. Ale zacznijmy od początku.
Mimas jest siódmym co do wielkości księżycem Saturna i jednocześnie najmniejszym znanym obiektem w Układzie Słonecznym zdolnym utrzymać sferyczny kształt, dzięki własnej grawitacji, pozostając w równowadze hydrostatycznej. Glob ten składa się w przewadze z lodu wodnego oraz niewielkiej ilości skał, na co wskazuje przede wszystkim jego mała gęstość. W czasie swojej podróży wokół Saturna Mimas wielokrotnie doświadczył zderzeń z innymi, mniejszymi obiektami, z których jeden był na tyle duży, aby pozostawić na powierzchni księżyca krater o średnicy ponad 130 kilometrów, co stanowi aż 35% średnicy całego satelity! To właśnie za sprawą tego krateru, noszącego imię słynnego astronoma Williama Herschela, Mimas porównywany jest często Gwiazdy Śmierci z Gwiezdnych Wojen, którą przypomina przede wszystkim wyglądem zewnętrznym. Ten niepozorny księżyc jest także przyczyną istnienia tzw. Przerwy Cassiniego w pierścieniach otaczających Saturna. Prawdopodobnie powstał w skutek absorpcji znajdujących się właśnie w tym rejonie materii i pyłu.
Sonda Cassini w czasie jednego z przelotów w pobliżu Mimasa miała możliwość wykonania pomiarów temperatury jego powierzchni. Na podstawie zebranych w zakresie fal podczerwonych danych astronomowie stworzyli mapę temperatury, która wydała się im dosyć nietypowa. Nie dość, że nie obrazowała regularnego rozłożenia temperatury, tak jak wcześniej przypuszczano, to jeszcze wyglądem przypominała wspomnianego już Pac-Mana. Zarejestrowana temperatura waha się od -180 do -200 stopni, co nie jest zbyt dużą różnicą. Mimo wszystko wyraźnie sugeruje na spore różnice w budowie wewnętrznej tego satelity. Astronomowie doszli do wniosku, że wspominany już wcześniej krater Herschel, odpowiedzialny jest nie tylko za „filmowy” wygląd Mimasa, ale także za nietypowy rozkład jego temperatury powierzchniowej. W czasie zderzenia wytworzyła się energia cieplna zdolna do roztopienia części lodu pokrywającego księżyc. W krótkim czasie woda zamarła ponownie, jednak lód tym razem przybrał nieco bardziej zwartą formę, przyjmując zupełnie inne właściwości termiczne. Materia pokrywająca krater jest zdolna do szybszego wypromieniowania ciepła, przez co temperatury w tamtym regionie są nieco niższe.
Mimas jest z pewnością wyjątkowym księżycem, ale niestety nie jedynym w swoim rodzaju. Na orbicie Saturna krąży bowiem inny Pac-Man. Rok po wyjątkowym odkryciu, sonda Cassini dokonała kolejnego w czasie spektroskopowych obserwacji Tetydy w zakresie fal podczerwonych. Astronomowie zaskoczeni byli podwójnie –nie przypuszczano, iż zjawiska takie są rozpowszechnione także na innych globach, a w dodatku Tetyda, choć posiada lodową powierzchnię, pozbawiona jest tak dużego krateru jak ten obserwowany na Mimasie. Według wstępnych ustaleń, to sposób w jaki naładowane cząsteczki bombardują niskie szerokości geograficzne po stronie księżyca, skierowanej w kierunku ruchu orbitalnego Saturna, może być przyczyną tak dziwacznego rozkładu temperatury powierzchniowej. Wyjątkowe odkrycie sondy Cassini przelatującej w pobliżu Tetydy w 2011 roku zdecydowanie skomplikowało postrzeganie natury tego zjawiska. Astronomowie wciąż nie rozwikłali tajemnicy kosmicznego Pac-Mana.
Artykuł po raz pierwszy ukazał się w czasopiśmie Astronomia nr 34/kwiecień 2015.
Tagi: Death Star, Enceladus, Europa, Gwiazda śmierci, Hyperion, Księżyc, Mimas, Nereida, Tetyda, Tryton, wyrozniony
http://www.pulskosmosu.pl/2017/01/05/na ... onecznego/www.astrokrak.pl