Луны Сатурна никак не назовешь обычными спутниками. Они танцуют на своих орбитах, как Янус и Эпиметей, поедают кольца планеты, как Прометей — или же создают их, как Энцелад. Калипсо, спутник Сатурна, известна своей гладкостью — в отличие от других лун планеты, на ней почти нет кратеров. А еще она — «троянская луна», которая навеки обречена следовать за крупным спутником Сатурна Тефией.

Характеристики Калипсо

На сегодняшний день у Сатурна нашли 63 спутника. И пускай вращаются луны вокруг одной планеты, они собой представляют совершенно разные миры. Рядом с громадным Титаном, который больше даже полноценной планеты, Меркурия, уживается Эгеон, с диаметром около 500 метров. Его длина на 300 метров меньше высоты самого высокого здания в мире, небоскреба «Бурдж-Халифа»!

Соответственно размеру различается и уровень исследованности лун. На Титан садился исследовательский зонд «Гюйгенс», а Эгеон известен человечеству как продолговатая полоска пикселей. Калипсо по характеристикам ближе к последнему — ее средний диаметр составляет 19 километров, благодаря чему она занимает 21-е место по величине среди всех лун Сатурна. Это не так уже и много — фотографии лун схожих размеров, Пан и Имир, в разрешении не особенно отличаются от маленькой пикселей. Почему же тогда Калипсо удалось заснять так хорошо?

Первоочередную роль сыграла отдаленность Калипсо от Сатурна и регулярность ее орбиты. Будь она более хаотичной, исследовательский зонд «Кассини» не сумел бы выйти на нужную для качественного фотографирования дистанцию. Такую стабильность обеспечивает то, что Калипсо — это «отстающая» троянская луна, которая движется почти по той же орбите, что и ее большой спутник-поводырь Тефия. Эта же гравитационная связь позволила узнать многое о свойствах Калипсо — а именно:

• Масса Калипсо — 2,54×10¹⁵ кг. С учетом линейных измерений объекта в 30x16x16 километров, плотность спутника составляет всего 0,5 г/см³. Такая же консистенция в обычной пемзы, используемой во время спа-процедур. Площадь поверхности Калипсо — 1438 квадратных километров. Места на спутнике как раз хватает на то, чтобы уместить весь Санкт-Петербург.
• Состав луны объясняет ее легкость. Как и все малые спутники газовых гигантов (Сатурна в том числе), Калипсо сформировалась из замерзшей воды, в которой встречаются примеси органических веществ. Это ни в коем случае не означает наличие на спутнике живых существ — скорее, Калипсо содержит все необходимое для их появления где-то еще. По одной из теорий, кометы похожего состава доставили на Землю воду и первые органические элементы.
• Светоотражаемость Калипсо достаточно высокая — альбедо спутника в видимом для человеческого глаза спектре составляет 1,3. Кроме того, поверхность луны невероятно гладкая как для безатмосферного тела — кратеры и трещины не искривляют и не затеняют почву спутника. Благодаря этому Калипсо причисляют к числу наиболее ярких объектов Солнечной системы.
• Легкость спутника выливается то, что сила притяжения Калипсо очень мала — в 9800 раз слабее притяжения Земли. Для того чтобы покинуть спутник, достаточно разогнаться на скорость 20 километров в час. Таким образом, на Калипсо любой тренированный спортсмен может стать космонавтом — если бы только современные скафандры позволяли быстро бегать.

Так как Калипсо — троянская луна, ее орбитальные характеристики во многом схожи с характеристиками ее «ведущей», спутника Сатурна Тефии. Кроме того, что Калипсо всегда следует на 60° позади «главной» луны, отмечают также следующее:

• Орбита Калипсо отдалена от Сатурна на 294 720 километров. Тефия ближе к планете всего на 50 километров.
• Оба спутники являются синхронными — время их полного оборота вокруг оси совпадает с периодом обращения вокруг планеты и равно 45 часам. Последствием синхронного вращения Калипсо является то, что она всегда повернута к Сатурну одной и той же стороной — как и наша Луна в сторону Земли.
• Наклон орбиты Калипсо — то есть ее отклонение от экватора планеты — не очень большой, и составляет всего 1,56°. Так как троянская луна зафиксирована в определенной позиции относительно ведущей луны, наклонение Тефии отличается — 1,09°.
• Стабильность позиции относительно Тефии также влияет на отклонение Калипсо от «идеальной» круговой орбиты вокруг Сатурна. Когда ведущий спутник движется ровно по кругу, орбита Калипсо немного вытянута.

И хотя впоследствии на Калипсо нашли немало интересных вещей, она не была главной целью маневров зонда «Кассини». «Приманила» зонд близость спутника кольцу E Сатурна. Исследования показали, что Калипсо имеет много общего с этим кольцом — в том числе состав, и даже цвет!

История исследования Калипсо

Первичный этап

Как мы уже знаем, Калипсо не такая уже и крупная. Это серьезно влияет на видимость — много спутников Сатурна с похожими размерами были открыты «Вояджерами» или зондом «Кассини» после 2004 года. Однако высокая яркость Калипсо помогла найти ее еще до пролета «Вояджера», в 1980 году — причем с поверхности Земли.

Обнаружить Калипсо удалось группе ученых, которые проводили комплексные исследования системы Сатурна — Дэну Паскю, Вильяму Бауму, Кеннету Зейделманну и Дугласу Карри. Отдельно стоит выделить Зейделманна, который в своем вкладе в исследование спутника не ограничился одним фактом открытия. Именно он в 1981 году сумел доказать, что Калипсо — это «троянская луна». Отличился ученый и в академических кругах. Из-под его пера Зейделманна не одна научная работа, преимущественно по астрофизике и астрометрии — науке, занимающейся наблюдением и объяснением движения небесных тел.

Как кроху-Калипсо удалось обнаружить с помощью наземного телескопа, от которого атмосфера Земли скрывает свет маленьких небесных тел? Такую возможность астрономам дало особое положение Сатурна в 1980 году. Тогда его кольца легли на одной плоскости с орбитой Земли — и так как в космических масштабах кольца планеты очень тонкие, они буквально исчезли с виду. В такой момент поверхность Сатурна видна лучше всего — и на ее ярком фоне достаточно легко обнаружить спутники.

• Интересный факт: в 1921 году из-за такого «исчезновения» колец Сатурна на Земле поднялась серьезная паника. Люди посчитали, что кольца оторвались от планеты и движутся к Земле, угрожая разрезать ее подобно осколкам битого стекла. Как и всегда, шумиху подняла желтая пресса, неправильно истолковавшая заявление астрономов.

Происхождение названия Калипсо

Новооткрытый спутник сначала получил кодовое название S/1980 S 25. Первая буква названия обозначает класс объекта, спутник (с англ. «satellite»), а четырехзначное число год открытия. Вторая буква говорит о принадлежности луны к Сатурну, а последняя цифра — порядковый номер открытия. Таким образом, Калипсо стала 25 спутником Сатурна среди открытых в 1980 году.

Имя Калипсо (на древнегреческом значит «я прячусь») было утверждено Международным астрономическим союзом в 1983 году. Названа она была в честь  нимфы, дочери титанов Океана и Тефии. Одноименный спутник служит «ведущим» для «троянской луны» Калипсо, что и послужило мотивом для выбора имени последней.

Исследование космическими зондами

«Пионер-11», первый из зондов, достигнувший Сатурна, не смог заснять Калипсо. Причиной этому стали не только ее скромные размеры, но и малая мощность камер аппарата и неудачная позиция пролета. Сатурн, как главный источник отражаемого Солнцем света, был повернут к «Пионеру» темной стороной, из-за чего снимки получились слишком тусклые. Поэтому адекватная картинка Калипсо появилась в астрономов только в августе 1981 года, когда мимо Сатурна совершил пролет «Вояджер-2». Тогда ученые узнали об ее продолговатой неправильной форме, уточнили орбитальные характеристики и подтвердили факт отсутствия крупных кратеров.

Вклад зонда «Кассини-Гюйгенс»

Однако самые ценные данные удалось получить только силами автоматической космической станции «Кассини-Гюйгенс», созданной специально для исследования Сатурна и всех его многочисленных лун. Две части аппарата, «Кассини» и «Гюйгенс», вместе начали свой путь к Сатурну в 1997 году. Свои имена они получили в честь астрономов Джиованни Кассини и Христиана Гюйгенса, обнаруживших первую пятерку спутников Сатурна.

Первую фотографию Калипсо он прислал в сентябре 2005 года. Снять ее удалось со «среднего» расстояния в 100 тысяч километров. Разрешение снимка составило около 600 метров на пиксель, что относительно неплохо. Но небольшие размеры Калипсо, гладкость ее поверхности и смазанность снимка оставляли желать лучшего.

Ждать второго шанса пришлось почти 5 лет. В феврале 2010 года «Кассини» удалось приблизиться к Калипсо на 21 тысячу километров. Хотя разрешение снимка выросло всего в 4,5 раза, до 128 метров на пиксель, четкость и ракурс были намного лучше. Это прекрасный результат для маленькой луны: астрономы смогли разглядеть феноменальную гладкость Калипсо и мелкие детали рельефа.

Однако эта фотография Калипсо далеко не предел возможностей зонда «Кассини»; все дело в дистанции съемки. Состоянием на 2015 год «Кассини» изучает систему Сатурна уже 11 лет — и будет раскрывать газового гиганта и его лун вплоть до 2017 года, когда его ресурс будет полностью исчерпан.

Особенности Калипсо

Данные из зонда «Кассини» позволили астрономам составить точный внешний и физический портрет Калипсо. Однако в спутника есть свойства, которые выделяют его на фоне других лун Сатурна.

Гладкая поверхность Калипсо

Как уже было сказано, поверхность Калипсо очень гладкая. Ей не сравниться с Метоной, спутником-«яйцом», признанной самой ровной среди всех лун Сатурна. Однако отсутствие большого количества кратеров на Калипсо аномально. Безвоздушные тела ничего не защищает от сотен маленьких и не очень метеоритов, которые и оставляют кратеры. Поэтому гладкая поверхность луны в системе Сатурна (если это не Титан, обладающего собственной атмосферой) выглядит действительно странно.

Разгадку ученые нашли, наблюдая за движением Калипсо по орбите. Оказывается, она активно «ворует» материал с кольца E Сатурна — того самого, которое массивный спутник Энцелад питает выбросами гейзеров со своего южного полюса. Частички кольца оседают на Калипсо в виде снега, который сглаживает очертания луны — из-за него он также обладает высокой светоотражаемостью. Кроме того, все повреждения от метеоритов быстро затягиваются новыми слоями материала.

• Интересный факт — Так как Энцелад и его гейзеры имеют голубоватый оттенок, таким же цветом окрашена и луна — «воровка». Калипсо не единственный спутник Сатурна, набирающий вещество с колец — так же ведет себя ее большой «коллега» Прометей.

Калипсо — троянская луна: что это значит?

Главная особенность, отмечаемая астрономами в Калипсо — это то, что она троянская луна Сатурна. В статье уже упоминалось, что ее орбита почти один в один вторит орбите ведущей луны, Тефии. Также мы знаем то, что Калипсо постоянно отстает от «ведущей» на 60°. Но как все-таки работает эта гравитационная система лун?

Все базируется на концепции, рассчитанной математиком и физиком Жозефом Лагранжем еще в 1772 году. Природа гравитационного взаимодействия такова, что когда одно массивное тело вращается вокруг другого — например, Луна вокруг Земли, или Тефия вокруг Сатурна — возле него возникает 5 стабильных гравитационных точек, именуемых также точками Лагранжа. В этих точках третье тело, размеры и масса которого относительно малы, как у Калипсо, будет оставаться неподвижным относительно первых двух массивных тел.

Проще говоря — там, где вращается два больших тела, всегда есть точки Лагранжа, в которых находятся безопасные места для вращения еще 5 маленьких тел. Причем эти фиксированные точки обеспечивают стабильность достаточно агрессивно. Однажды попав в точку Лагранжа, объекту будет сложно покинуть ее естественным путем. Силы столкновений с другими телами и притяжения проходящих мимо крупных тел будет недостаточно для выведения спутника с орбиты троянской луны.

К слову, Калипсо не единственная троянская луна в системе Сатурна. У ее ведущей луны, Тефии, есть еще один «троянец» — Телесто. У другой «ведущей», Дионы, в подчинении есть еще два троянских спутника — Елена и Полидевк.