Телесто, спутник Сатурна, обладает невероятно близкой орбитой к другой луне, Тефии — расстояние между их траекториями равно всего 52 километрам. Две других луны Сатурна, Янус и Эпиметей, при таком сближении меняются своими орбитами. Но Телесто, будучи «троянской луной», всегда неизменно отдалена от Тефии.

Характеристики Телесто

Троянские луны всегда привязаны к большому спутнику. Они движутся почти по одной и той же орбите с «ведущей» луной, но либо опережают, либо отстают от нее. Кроме того, троянские луны очень крохотные. Массы Телесто и Тефии, ее ведущего спутника, относятся как 170000 к 2 — такое же соотношение в весе между синим китом и домашней кошкой. Обычно они не представляют научного интереса вне своего бытия троянской луной. Но почему мы тогда там много знаем о Телесто?

Как были получены данные?

Благодарить за это приходится массивность Тефии. Зонду «Кассини» во время изучения Сатурна приходится делать очень много маневров — а топливо, нужное для них, ценится дороже золота. Однако астрономы нашли решение, которое позволило использовать зонд уже 11 лет вместо запланированных четырех. Скорость, необходимую для витков вокруг Сатурна, «Кассини» набирает при помощи гравитационных маневров вокруг его больших спутников.

Это распространенная практика в астронавигации. Зонды миссии «Вояджер» набрали достаточную скорость для ухода из Солнечной системы благодаря маневрам, осуществленным возле газовых гигантов — заодно став первыми, кто сфотографировал их вместе со спутниками. «Кассини» же во время разгонов смог заснять вплотную множество мелких лун — Телесто в том числе.

Телесто в фактах

Эти снимки стали важнейшим источником информации о характеристиках луны — а именно:

• Размеры Телесто достаточно скромные на фоне окружающих ее спутников. Линейные параметры луны составляют 32×23×20 километров. Как и у многих маленьких спутников Сатурна, у Телесто неправильная форма картофелины — массы спутника недостаточно для преобразования в сферу силами собственной гравитации.
• Масса Телесто — 4.04×10¹⁵ килограмм. Учитывая размеры спутника, плотность его не так уж высока — всего 0,5 г/см³. Консистенция бутылочной пробки всего на 0,2 грамма меньше — Телесто могла бы с легкостью плавать на поверхности воды. Впрочем, там бы она быстро растаяла — в основе луны лежит лед с примесью простейших органических веществ, как вот метана.
• Поверхность Телесто очень неровная, но при этом гладкая — от кратеров, которыми усеяны большинство спутников Сатурна, тут остались только очертания — но и тех немного. Причину необычной чистоты поверхности астрономы видят в толстом слое пыли, укутывающем более-менее равномерно твердую часть луны и скрывающем ее внутренний рельеф. Приблизительная площадь поверхности Телесто — 1932 квадратных километров. Это в два раза больше площади Берлина.
• 

  Орбиты Тефии и ее троянских лун — Телесто и Калипсо

  Орбитальные характеристики Телесто сильно напоминают данные Тефии, ее ведущего спутника. Расстояние от Телесто до Сатурна — 294 720 километров, когда от Тефии — 294 672. Похожий у них и период вращения вокруг собственной оси, составляющий в обеих лун 45 земных часов. Вращение вокруг оси совпадает по времени с полным оборотом вокруг Сатурна. Это означает что и Тефия, и Телесто постоянно повернуты одной и той же стороной к планете. Такой орбитальный период называется синхронным — он свойственный многим спутникам в Солнечной системе, в том числе и земной Луне. Однако между троянской луной Телесто и ее ведущей Тефией остаются некоторые различия. Например, она отклонена от экватора Сатурна на десятую долю градуса больше, чем Тефия.

  • Интересный факт — эксцентриситет орбиты Телесто равен нулю. Это значит, что траектория ее движения вокруг Сатурна выглядит как идеальный круг.

Феномен «троянской луны», замеченный в системе Телесто-Тефия-Сатурн, был известен на Земле еще до первого космического полета. И вместе с тем его по сей день изучают астрофизики. В чем же секрет троянских лун, и почему они так важны? Ответ дало изучение Телесто и других троянских спутников.

История изучения Телесто

Первичный этап

Обнаружить крошечную Телесто сумели с Земли. Честь открытия принадлежит американским астрономам Бреду Смиту, Гарольду Рейтзема, Стивену Ларсону и Джону Фаунтину. В апреле 1980 года они поймали тот период, когда кольца Сатурна становятся ребром к Земле — время равноденствия на планете. Так как кольца очень тонки, в таком положении они становятся практически невидимыми. В подобном положении они прекращают слепить телескопы и подсвечивают спутники — это благотворно сказывается на изучении лун Сатурна.

Среди первооткрывателей Телесто стоит выделить Гарольда Рейтзема — одного из самых влиятельных астрономов современности. Помимо обнаружения Телесто, он сыграл немаловажную роль в обнаружении Лариссы, спутника Нептуна. Также он занимался настройкой цветной камеры зонда Европейского космического агентства «Джиотто», доставившего в 1986 году первые изображения ядра кометы Галлея с близкой дистанции.

Немало вложил Рейтзема в подготовку миссии зонда «Новые Горизонты», направленного исследовать Плутон и другие удаленные части Солнечной системы. В честь заслуг астронома его именем назван астероид (13327) Рейтзема.

Зонд «Кассини-Гюйгенс» и его вклад

Следующий этап в изучении Телесто начался в 2004 году, после того, как к Сатурну долетел зонд «Кассини». Сегодня миссия зонда является одной из самых результативных миссий по изучению космоса. Состоянием на 2015 год «Кассини» уже 11 лет неотрывно занимается исследованиями Сатурна и его лун. С собой он «принес» посадочный зонд «Гюйгенс», который в 2005 году совершил первую в истории мягкую посадку на космическое тело внешней части Солнечной системы — спутник Сатурна Титан.

На первых снимках «Кассини» Телесто выглядела крохотной кучкой пикселей — разрешение фотографий, снятых с расстояния чуть меньше 800 тысяч километров, составляло всего 5 километров на пиксель — пространства 6 на 6 пикселей хватило, чтобы покрыть всю луну. Однако близкие пролеты «Кассини», о которых упоминалось в первой части статьи, позволили рассмотреть Телесто получше. Лучшим на сегодняшний день считается снимок, сделанный «Кассини» 11 октября 2005 года с расстояния 14 тысяч километров. Конечное разрешение, достигнутое при помощи компьютерной обработки, составило 87 метров на пиксель.

Особенности Телесто

Как уже знают наши читатели, Телесто — это «троянская луна». С этим связано много аномалий — в том числе фиксированное положение рядом с большой луной и неизменность орбиты. Но почему так происходит? Давайте вместе попытаемся прояснить, как Телесто смогла стать особым, троянским спутником — и почему это не дано другим.

«Троянская луна» — что это такое и с чем ее едят

Для начала разберемся немного в теории гравитации — без громоздких формул она достаточно проста. В каждой гравитационной системе из двух массивных тел, вроде Земли и Луны, образуются 5 особых точек. В них силы притяжения сбалансированы таким образом, что малое тело, масса которого гораздо меньше главных участников системы, будет оставаться неподвижным относительно них.

Рассмотрим эту концепцию на примере. Вообразим, что в такой сбалансированной точке у Земли появился астероид. На ночном небе Земли он бы выглядел как звезда, повторяющая траекторию движения Луны в некотором отдалении от нее. В космическом масштабе этот объект был бы очень устойчив к внешнему влиянию. Для выведения гипотетического астероида из стабильной точки нужно было бы приложить значительное усилие — куда большее, чем может дать удар случайного метеорита или притяжение других астероидов. Эти устойчивые гравитационные точки называются точками Лагранжа.

В каждой системе, состоящей из планеты и крупного спутника, точек Лагранжа насчитывается 5. Первая и вторая точка (тут и далее — L_1­­, L₂ и т.д.) располагаются по обе стороны спутника. На примере спутника Земли, L_1­­ находится перед видимой стороной Луны, а L₂ — ровно за обратной. Точка L₃ движется так, что всегда находится зеркально напротив Луны, за Землей — поэтому ее называют еще «противолуной». Точки L₄ и L₅ называют «треугольными» — они отстоят от Луны и Земли на 60°, тем самым всегда пребывая в зоне видимости, но и в постоянном удалении. Так как спутники обычно вращаются вокруг планет против часовой стрелки, L₄ обгоняет Луну, а L₅ — отстает от нее.

Именно те объекты, которые находятся в двух последних точках, называют троянскими. Включая Телесто, в Сатурна есть целых четыре троянских луны, разделенных между двумя ведущими спутниками, Тефией и Дионой. Примечательно, что троянские луны Сатурна получают свое имя в зависимости от занимаемой точки Лагранжа. Те луны, которые находятся в точке L₄, обгоняющей ведущий спутник, именуют в честь греков и их союзников — героев «Илиады» Гомера, осаждающих древний город Трою. К «грекам» относятся луны Елена и Телесто. Спутники в L_5, отстающей точке, получают имена троянцев. Стоит отметить, что даются имена не только человеческих героев, но и полубогов и других существ, которые больше фигурируют в другом произведении Гомера, «Одиссее».

Троянские объекты есть и в системах других планет — к примеру, существуют «троянские астероиды» на орбите Юпитера. Математик Жозеф Лагранж, автор концепции, разрабатывал модель устойчивых гравитационных точек с целью обнаружения еще ненайденных спутников Земли. Однако в точках Лагранжа между нашей планетой и Солнцем нашелся всего лишь один маленький троянский астероид 2010 TK₇, а у самой планеты — только облака космической пыли. А так как святое место пусто не бывает, точки Лагранжа сегодня успешно используют люди в практических целях.

Штучный спутник в точке Лагранжа, вроде ретранслятора для межпланетной связи или космической станции, куда дешевле и удобнее в использовании. При правильной доставке на орбиту, его траекторию не надо постоянно контролировать, и ориентироваться на него будет легче. В будущем возле точек Лагранжа планируют построить громадные космические станции — существуют проекты перевалочных станций для освоения Луны и заправочных доков для межпланетных кораблей. Но пользу с гравитационно-устойчивых мест у планеты извлекают и в современности.

Уже сейчас возле Земли используются индивидуальные особенности точек Лагранжа. Например, точку L₂ системы Земля-Луна, которая находится за обратной стороной Луны, никогда не будет заслонять тень нашей планеты. Это делает ее идеальным местом для орбитального телескопа. Сегодня там находится уже 4 орбитальные обсерватории, и к 2024 году планируется запустить еще 3. В их числе будет «Джеймс Уэбб», преемник легендарного телескопа «Хаббл». Тот отмечает свое 18-летие в 2018 году, и уже давно нуждается в замене новым, более совершенным и морально свежим устройством — хотя до сих пор справляется с поставленными задачами.