Янус — спутник Сатурна

«Во Вселенной бывает все» — говорят астрономы, намекая на удивительные хитросплетения космических объектов. Доказывает это Янус, спутник Сатурна — он вращается вокруг планеты столь близко к Эпиметею, спутнику-соседу, что раз в четыре года меняется с ним орбитами — уникальный в Солнечной системе феномен.

Характеристики Януса

Спутник относится к богатому и разномастному классу постоянных лун Сатурна — всего их насчитывается 24. Все они были более или менее хорошо изучены — за историю изучения космоса газовый гигант посетило 4 зонда. Причем один из них — «Кассини-Гюйгенс» — с 2004 года неотрывно изучает планету с ее кольцами и лунами. Из-за относительной близости Сатурна к Земле ученым удалось получить большое количество данных — даже у Януса, далеко не самой большой и примечательной луны планеты, есть фотографии в высоком разрешении.

Соответственно, знаем мы о спутнике много — а именно:

• Диаметр Януса — около 100 километров. Однако из-за неправильной формы он отличается в разных местах — линейные измерения спутника составляют 203×185×152 километров, и его очертания издали напоминают картошку.
• Масса Януса — всего 1,8×10¹⁸ килограмм, что с учетом размеров спутника выводит среднюю плотность в 0,6 г/см³ — такая же консистенция у очень воздушного картона. Если бросить Янус в воду, он бы спокойно плавал на поверхности — и еще мог бы взять груз в 40% своей массы.
• Альбедо Януса — то есть светоотражающая способность — очень высока и равняется 70% света, который попадает на поверхность спутника. Это свидетельствует о том, что Янус состоит в основном изо льдов воды и метана, как и многие небольшие спутники газовых гигантов. Тем не менее лед куда плотнее Януса — соответственно, внутри спутника очень много пустот. Такие космические тела называются «грудой щебня». Они состоят с большого количества обломков камней, чьи неровности скрыты толщей раздробленного в пыль материала.
• Интересный факт — «грудами щебня» является большое количество малых спутников планет-гигантов, а также астероидов. Их распространение объясняется частотой столкновений и сильными гравитационными взаимодействиями, из-за которых крупные космические объекты часто распадаются на осколки. Подтверждает эту гипотезу и Янус — его состав и орбита сродни Эпиметею, спутнику-соседу, что свидетельствует об их общем предке.
• Но больше всего интересны орбитальные характеристики Януса. Вокруг Сатурна спутник обращается чуть меньше чем за 17 часов, за такое же время Янус делает оборот вокруг оси. Такое вращение называется синхронным. Этим никого не удивишь — синхронным спутником Земли является и наша Луна. Но действительно обескуражило астрономов то, что расстояние между орбитами Януса и Эпиметея, другой луны Сатурна, составляет всего 50 километров — меньше даже радиуса Януса!

Итогом такой близости стал «танец лун», подобного которому нет в Солнечной системе — когда спутники сближаются на минимальное расстояние, они меняются своими орбитами на 4 года, до следующего сближения.

История исследования Януса

Первичный этап

Близость орбит Януса и Эпиметея серьезно утруднила жизнь астрономам. Первооткрывателем Януса считается француз Одуен Дольфюс, заметивший Янус в 1966 году и до этого предсказавший его существования по искривлениям колец Сатурна, хотя никто не знает, какой из спутников он точно открыл. Однако заслуг в астронома хватает и без того — Дюльфюст всю жизнь изучал планеты, в особенности Юпитер, Сатурн и Марс. Ради изучения последнего он поднялся с аэростатом на высоту 7 километров, где при помощи телескопа определил долю паров воды в атмосфере Марса. За свои успехи удостоился трех премий, среди которых престижная премия Парижской Академии наук.

В том же году были проведено исследование Ричарда Уокера, в ходе которого он тоже «нашел» Янус — хотя сегодня считается, что он обнаружил Эпиметей. С тех пор ученые стали испытывать необъяснимые сложности с наблюдением Януса — так как на вычисленном диапазоне орбиты попадался и Эпиметей, астрономы обнаруживали спутник каждый раз в новом месте. Хаотичность перемещения «Януса» не находила объяснений — астрономия нуждалась во втором «первооткрывателе», который внес бы ясность в ситуацию и разделил две луны.

Разделение Януса и Эпиметея

Такими героями стали Стивен Ларсон и Джон Фаунтин, которые в 1978 году — двенадцать лет спустя открытия — доказали раздельность двух спутников Сатурна. Еще через два года зонд «Вояджер-1» прислал первый снимок Януса и Эпиметея, окончательно закрывший вопрос. С тех пор Ларсон и Фаунтин причисляются к первооткрывателям обеих лун.

К слову, история с «двойственностью» спутника до 1978 года полностью оправдывает его имя, выбранное в честь двуликого римского бога Януса. Хотя оно было официально принято лишь после подтверждения «Вояджером» в 1980, Дольфюс пророчески предложил его еще после открытия.

Исследования зондов

После «Вояджера-1», наибольший по значимости вклад в формирование научного образа Януса внес зонд «Кассини-Гюйгенс», с 2004 года занимающийся исследованиями системы Сатурна. Двойное название мотивировано тем, что во время запуска 1997 года зонд представлял собою два отдельных устройства: космический аппарат «Кассини» для орбитальных исследований и посадочный модуль «Гюйгенс», предназначенный для изучения Титана. Это наибольший спутник Сатурна, обладающий к тому же полноценной атмосферой. В 2005 году «Гюйгенс» успешно отделился, после чего оба зонда действуют самостоятельно.

Наилучший снимок Януса был получен «Кассини» в 2008 году с расстояния 169 тысяч километров. Известна также фотография, где Янус и Эпиметей находятся в процессе изменения орбит — камере зонда удалось захватить момент максимального сближения спутников с дистанции чуть меньше полумиллиона километров.

Особенности Януса

Чем еще удивляет этот спутник Сатурна? Кроме вышеперечисленных характеристик, астрономы выделяют следующее:

• Хотя и обмен орбитами Януса и Эпиметея называют танцем, «партнеры» в нем не равны — во время последней «рокировки» Эпиметей сдвинулся на 80 километров, когда Янус — всего лишь на двадцать. Это объясняется тем, что Янус в четыре раза тяжелее своего соседа.
• Еще луны играют роль спутников-пастухов острой части кольца Сатурна, удерживая материал их краев своим гравитационным воздействием. «Пастухи» часто становятся источником материала для колец, теряя его под воздействием притяжения Сатурна.
• Помимо охраны колец Сатурна, Эпиметей с Янусом удерживают еще и собственное кольцо. Оно состоит с ледяной крошки, выбитой из обеих лун метеоритами. Материала для этого более чем достаточно: на поверхности Януса были найдены кратеры с поперечником больше 30 километров.

Но линейных структур на спутнике необъяснимо мало — учитывая то, что Янус часто находится в гравитационных взаимодействиях с Эпиметеем, из-за чего последний покрыт сетью трещин. Причиной этому ученые видят большое количество пыли на Янусе, которая со временем скрывает все неровности.