Энцелад (спутник)

Энцела́д (, ) — шестой по размеру спутник Сатурна и четырнадцатый по удалённости от него среди 274 известных его спутников (на март 2025 года). Обозначается как Сатурн II. Является семнадцатым по величине спутником в Солнечной системе. Был открыт в 1789 году Уильямом Гершелем, но оставался малоизученным до начала 1980-х годов, когда с ним сблизились два межпланетных зонда «Вояджер». Их снимки позволили определить его диаметр (около 500 км, или 0,1 от диаметра крупнейшего спутника Сатурна — Титана) и обнаружить, что Энцелад отражает больше солнечного света, чем какое-либо другое тело Солнечной системы. «Вояджер-1» показал, что орбита спутника проходит по наиболее плотной части рассеянного кольца Е и обменивается с ним веществом; по-видимому, это кольцо обязано Энцеладу своим происхождением. «Вояджер-2» обнаружил, что рельеф поверхности этого небольшого спутника очень разнообразен: там есть и старые сильно кратерированные области, и молодые участки (возраст некоторых не превышает 100 млн лет).

В 2005 году изучение Энцелада начал межпланетный зонд «Кассини», который получил более подробные данные о поверхности спутника и происходящих на ней процессах. В частности, был открыт богатый водой шлейф, фонтанирующий из южной полярной области (вероятно, такие ледяные фонтаны и сформировали кольцо E). Это открытие, наряду с признаками наличия внутреннего тепла и малым числом ударных кратеров в области южного полюса, указывает на то, что геологическая активность на Энцеладе сохраняется по сей день. Спутники в обширных спутниковых системах газовых гигантов часто попадают в ловушку орбитальных резонансов, которые поддерживают заметный эксцентриситет орбиты, что приводит к значительной либрации по долготе. Это, в свою очередь, порождает дополнительный вклад в приливное тепловыделение. У близких к планете спутников это может вызвать значительное нагревание недр, что в принципе может объяснять геологическую активность. Современные нам значения эксцентриситета и амплитуды либрации по долготе вполне достаточны для поддержания геологической активности на наблюдаемом уровне.

Энцелад геологически активен: это одно из трёх небесных тел во внешней Солнечной системе (наряду со спутником Юпитера Ио и спутником Нептуна Тритоном), на которых наблюдались активные извержения. Анализ выбросов указывает на то, что они выбиваются из подповерхностного жидкого водного океана. Вместе с уникальным химическим составом шлейфа это служит основой для предположений о важности Энцелада для астробиологических исследований. Открытие шлейфа, помимо прочего, добавило веса к аргументам в пользу того, что Энцелад — источник материи кольца Сатурна Е.

В 2011 году учёные NASA на «Enceladus Focus Group Conference» заявили, что Энцелад — «наиболее пригодное для такой жизни, какую мы знаем, место в Солнечной системе за пределами Земли».

Астробиолог Крис Маккей из Исследовательского центра NASA в Эймсе в 2011 году заявил, что в Солнечной системе только на Энцеладе обнаружены «жидкая вода, углерод, азот в форме аммиака и источник энергии». В 2014 году было объявлено, что анализ данных, полученных «Кассини», даёт основания предполагать существование океана под поверхностью спутника, сопоставимого по размеру с озером Верхнее.

В 2018 году учёные заявили об обнаружении сложных органических макромолекул в собранных «Кассини» образцах из струйного шлейфа Энцелада.

Именование Энцелад назван в честь гиганта Энкелада из древнегреческой мифологии. Это название (в числе имён первых семи открытых спутников Сатурна) предложил сын его первооткрывателя — Джон Гершель — в публикации от 1847 года «Результаты астрономических наблюдений, сделанных на мысе Доброй Надежды». Он выбрал эти названия по той причине, что Сатурн, известный в древнегреческой мифологии как Кронос, был предводителем гигантов. Деталям рельефа Энцелада дают имена, взятые из сборника рассказов «Тысяча и одна ночь». Кратеры называют в честь его персонажей, а другие структуры — борозды (fossae), гряды (dorsa), равнины (planitiae) и рытвины (sulci) — в честь упомянутых там географических объектов. По состоянию на 2020 год на карте Энцелада фигурируют 85 названий, из которых 22 Международный астрономический союз утвердил в 1982 году, после пролёта двух КА «Вояджер», а остальные — начиная с 2006 года, на основании снимков «Кассини». Примеры утверждённых названий — кратер Аладдин, борозда Дарьябар, рытвины Самарканд и равнина Сарандиб.

Исследования

Открытие Гершелем Энцелад был открыт 28 августа 1789 года Уильямом Гершелем в ходе первых наблюдений на 1,2-метровом телескопе (первом в мире по диаметру на то время), хотя неуверенно наблюдался им ещё в 1787 году в 16,5-сантиметровый телескоп. Из-за слабого блеска (+11,7m) и близости к гораздо более яркому Сатурну и его кольцам Энцелад трудно наблюдать с Земли. Для этого нужен телескоп с диаметром зеркала не меньше 15-30 см (в зависимости от атмосферных условий и светового загрязнения). Как и многие другие спутники Сатурна, открытые до начала космической эры, Энцелад был обнаружен во время пересечения Землёй плоскости колец (равноденствия на Сатурне). Поскольку кольца в это время наблюдаются с ребра и почти не видны, спутники легче заметить.

Со времён Гершеля до полётов «Вояджеров» новых данных об Энцеладе появилось мало (но, в частности, был обнаружен водяной лёд на его поверхности).

Миссия «Вояджер» Два космических аппарата серии «Вояджер» получили первые снимки Энцелада крупным планом. 12 ноября 1980 «Вояджер-1» стал первым аппаратом, пролетевшим мимо Энцелада. Так как расстояние между ним и спутником было довольно большое — 202 000 километров — изображения получились с очень плохим разрешением. Но на них заметна высокая отражательная способность поверхности и отсутствие на ней крупных кратеров, что указывает на её молодой возраст и на существование современной или недавней геологической активности. Кроме того, «Вояджер-1» подтвердил, что Энцелад расположен в плотной части диффузного Е-кольца Сатурна. Учитывая редкость кратеров на поверхности, значительное количество материала, которое необходимо для перекрытия этих деталей рельефа, и незначительную гравитацию спутника, учёные предположили, что Е-кольцо может состоять из частиц, выбрасываемых с поверхности Энцелада.

26 августа 1981 года «Вояджер-2» прошёл гораздо ближе к Энцеладу, чем предыдущий корабль (в 87 010 километрах), что позволило сделать более качественные фотографии. На них видно, что некоторые участки поверхности спутника кратерированы намного сильнее других, что указывает на их намного больший возраст. Например, в северном полушарии на средних и высоких широтах кратеров намного больше, чем на низких. Такая неоднородная поверхность контрастирует с однородной, сильно кратерированной поверхностью Мимаса — немного меньшего спутника Сатурна. Молодость поверхности Энцелада стала неожиданностью для научного сообщества, потому что ни одна теория в то время не могла предсказать, что такое небольшое (и холодное по сравнению с высокоактивным спутником Юпитера Ио) небесное тело может быть таким активным. Однако «Вояджеру-2» не удалось выяснить, активен ли Энцелад сейчас и служит ли он источником частиц кольца Е.

Кассини-Гюйгенс

Сближения «Кассини» с ЭнцеладомДатаРасстояние (км)17 февраля 200512649 марта 200550029 марта 200564 00021 мая 200593 00014 июля 200517512 октября 200549 00024 декабря 200594 00017 января 2006146 0009 сентября 200640 0009 ноября 200695 00028 июня 200790 00030 сентября 200798 00012 марта 20085230 июня 200884 00011 августа 2008549 октября 20082531 октября 20082008 ноября 200852 8042 ноября 200910321 ноября 2009160728 апреля 201010318 мая 201020113 августа 2010255430 ноября 20104821 декабря 20105030 января 201160 00020 февраля 201168 00013 сентября 201142 0001 октября 20119919 октября 201112315 ноября 201149623 ноября 201135 00011 декабря 201120 00027 марта 20127414 апреля 2012742 мая 20127414 октября 2015183928 октября 20154919 декабря 20154999

1 июля 2004 года на орбиту Сатурна вышла автоматическая межпланетная станция «Кассини». Исходя из результатов «Вояджера-2», Энцелад рассматривался как приоритетная цель, и потому было запланировано несколько сближений с ним на расстояние до 1500 километров, а также множество наблюдений с расстояния до 100 000 километров (список приводится в таблице). «Кассини» обнаружил, в частности, выбросы водяного пара и сложных углеводородов из южной полярной области. Это дало основания для предположений о наличии жизни в подлёдных слоях Энцелада.

В 2007 году группа учёных разработала математическую модель ледяных гейзеров, выбрасывающих на высоту сотен километров водяной пар и частицы пыли. Модель предполагает наличие жидкой воды под поверхностью спутника.

14 марта 2008 года «Кассини», во время тесного сближения с Энцеладом, собрал данные о его водяных выбросах, а также прислал на Землю новые снимки этого небесного тела. 9 октября 2008 года, пролетая сквозь струи выбросов гейзеров Энцелада, «Кассини» собрал данные, указывающие на наличие жидкого океана под ледяной коркой. В июле 2009 года от «Кассини» получены и опубликованы детализированные данные химического состава этих выбросов, подтверждающие версию о жидком океане как их источнике.

В начале марта 2011 года учёные установили, что тепловая мощность Энцелада значительно выше, чем считалось до этого.

В июне 2011 года группа учёных из Университета Гейдельберга (Германия) обнаружила, что под застывшей корой Энцелада находится океан и пришла к выводу, что вода в подземном океане спутника — солёная.

В 2013 году астроном Мэтт Хедман с коллегами из Корнеллского университета проанализировали 252 снимка «Кассини», где были запечатлены гейзеры Энцелада между 2005 и 2012 годами, и сумели показать связь между приливной силой и активностью Энцелада. На снимках обнаружилось, что при движении Энцелада от апоцентра к перицентру яркость струй падает на три порядка. Кроме того, учёные отметили, что интенсивность выбросов в промежутке между 2005 и 2009 годом уменьшилась в два раза. Данные, полученные в результате анализа, вполне соответствуют геофизическим расчётам, указывающим на то, что трещины в ледяной поверхности спутника во время его максимального удаления от планеты должны испытывать максимальное напряжение и, вероятно, расширяться.

Открытия «Кассини» уже стимулировали разработку проектов исследования Энцелада следующими миссиями. NASA и ESA готовят совместный проект по изучению лун Сатурна — Titan Saturn System Mission (TSSM), где, в числе прочего, будет изучаться и Энцелад. Предполагаемая в 2030-х гг. миссия должна будет пролететь сквозь выбросы криовулканов и не предусматривает спускаемых аппаратов.

Размеры и масса

Средний диаметр Энцелада — 504,2 км. Это шестой по размеру и массе спутник Сатурна после Титана (5150 км), Реи (1530 км), Япета (1440 км), Дионы (1120 км) и Тефии (1050 км). За ним следует Мимас (397 км). Эти 7 объектов, в отличие от всех меньших спутников Сатурна, имеют довольно правильную шарообразную форму. Таким образом, Энцелад — один из наименьших шарообразных спутников Сатурна.

Во втором приближении форма Энцелада описывается сплющенным трёхосным эллипсоидом. Его размер (по данным станции «Кассини») — 513,2(a)×502,8(b)×496,6(c) километров, где (a) — диаметр вдоль оси, направленной на Сатурн, (b) — диаметр вдоль касательной к орбите, (c) — расстояние между северным и южным полюсом. Погрешность этих данных — 0,2-0,3 км.

Орбита

Энцелад — один из крупнейших внутренних спутников Сатурна и четырнадцатый по удалённости от планеты. Его орбита проходит по самой плотной части кольца Е — самого далёкого кольца Сатурна. Это очень широкое, но в то же время очень разреженное кольцо из микроскопических частиц льда или пыли, которое начинается у орбиты Мимаса и заканчивается около орбиты Реи.