Спутник-призрак Нептуна: как открытие JWST переписало историю ледяного гиганта

Одна из крупнейших лун Нептуна задержалась в окрестностях планеты гораздо дольше, чем считали учёные ранее. Более того — возможно, она является единственной выжившей свидетельницей самых ранних дней существования ледяного гиганта.

Нереида, третий по величине спутник Нептуна, вероятно, единственная луна, оставшаяся со времён формирования планеты в начале 4,5-миллиардной истории Солнечной системы. К такому выводу подталкивает новый анализ данных, собранных космическим телескопом имени Джеймса Уэбба (JWST).

Результаты, опубликованные в среду (20 мая) в журнале Science Advances, противоречат прежней версии истории Нереиды, господствовавшей десятилетиями с момента её открытия в 1949 году. Согласно той версии, Нептун «захватил» эту луну шириной 350 километров из ледяного резервуара внешней части Солнечной системы, известного как пояс Койпера.

Ключом к новому пониманию стали наблюдения JWST, пояснил первый автор исследования Мэттью Беляков, аспирант Калтеха по планетарным наукам. «Что сделал JWST для Нереиды — он подтвердил наличие на ней большого количества водяного льда и дал нам общую форму спектра [света]», — рассказал Беляков.

Наблюдения телескопа выявили состав спутника, который значительно отличается от состава известных объектов пояса Койпера. И это важно: JWST находится в космосе достаточно долго, чтобы проводить прямые сравнения с теми мирами пояса Койпера, которые телескоп наблюдал сам. «Мы можем сравнивать яблоки с яблоками», — добавил учёный.

Планета-похититель лун

Ранее астрономы предполагали, что Нереида была «захвачена» гравитацией Нептуна, как, по их мнению, произошло и с другими известными спутниками планеты. Основанием для этого служила сильно вытянутая эллиптическая орбита Нереиды — такой след остаётся, когда луну вырывают из её прежней, более стабильной орбиты в поясе Койпера.

Однако эту гипотезу трудно доказать, учитывая, что у Нептуна насчитывается 16 известных спутников. Большинство из них малы, за исключением Тритона, который чуть меньше земной Луны. Система в основном состоит из маленьких лун с нерегулярными орбитами.

«Проблема Нептуна в том, что у нас там вообще нет никаких нормальных, регулярных спутников», — посетовал Беляков. Тритон, крупнейшая луна Нептуна, представляет 99% массы всей спутниковой системы Нептуна и движется по ретроградной (обратной) орбите. Тритон — явно захваченный объект, причём не только из-за своей странной орбиты: наблюдения показали, что его состав больше похож на плутоновский, чем на нептунианский.

Тайны спутников

В новом исследовании авторы провели симуляции того, как Тритон был захвачен из пояса Койпера и как это могло повлиять на существовавшие тогда луны Нептуна. Моделирование показывает, что прибытие Тритона нанесло оригинальным спутникам Нептуна мощнейший гравитационный удар. «Тритон захватывается, изменяет исходную систему и порождает объект, похожий на Нереиду», — объяснил Беляков.

Чтобы укрепить эту теорию, Беляков надеется получить изображения Нереиды в более высоком разрешении. JWST пользуется огромным спросом у астрономов, поэтому команде Белякова (в которую входит известный специалист по динамике спутников и профессор Калтеха Константин Батыгин) досталось всего несколько минут времени телескопа в режиме самого низкого разрешения спектрографа NIRSpec. В будущем учёные планируют подать заявку на использование более высокого разрешения.

Беляков подчеркнул, что эти наблюдения имеют значение не только для Нептуна, но и для изучения экзопланет и газовых гигантов. «Общая картина такова, что мы не до конца понимаем, как формируются спутники вокруг Урана и Нептуна. В изучении экзопланет мы всё чаще находим, что планеты размером с Уран и Нептун — самый распространённый тип планет. И если мы не понимаем, как формируются их спутники, это очень большая проблема», — заявил он.

Истории Урана и Нептуна, по его словам, только усложняют исследования. Уран странно наклонён «на бок» — возможно, из-за давнего столкновения с другим объектом, — что означает, что его первое поколение спутников, скорее всего, уже не существует. «И у Нептуна нам тоже не хватает того первого поколения лун», — добавил Беляков.

Авторы исследования отмечают, что нынешние самые внутренние спутники Нептуна были переплавлены из обломков исходного поколения лун, которые разлетелись на куски после прибытия Тритона. «Так что, возможно, — продолжает он, — Нереида — это единственный оригинальный, более или менее нетронутый остаток спутников, которые изначально сформировались вокруг этих планет. Это был бы очень захватывающий результат, потому что он означает, что у нас есть одно окно, чтобы исследовать и понимать такие спутники».

Если гипотеза подтвердится, Нереида станет уникальным «капсулой времени», сохранившей информацию о ранних этапах эволюции не только Нептуна, но и всей внешней Солнечной системы. Учёным предстоит выяснить, как именно эта луна пережила гравитационную катастрофу, устроенную Тритоном, и какие ещё тайны скрывает её ледяная поверхность. Одно ясно: история Нептуна только начала переписываться заново.