Учени установиха, че водата в пръстените и сателитите на Сатурн е като водата на Земята, което е неочаквано. Но още по-неочаквано е единственото изключение - спътникът на Сатурн Феба, където водата е по-необичайна отколкото на всеки друг обект, изследван до момента в Слънчевата система. В нея има твърде много деутерий и това може да доведе до кардинално преосмисляне на моделите за образуването на Слънчевата система. И това не е всичко.
Резултатите от изследването на екип от Института за планетарни науки са в конфликт със съществуващите модели.
Учените работели по нов метод за измерване на съотношението на деутерия (изотоп на водорода) и водорода във водата, както и на изотопите въглерод 13 и 12 във въглеродния диоксид, от разстояние,
Изотопите са различни форми на един химичен елемент, с различен брой неутрони. Допълнителният неутрон увеличава масата на елемента и може да промени процесите на формиране на планета, комета или спътник. Водата се състои от два водородни (Н) атома и един кислороден атом, Н2О. Добавянето на неутрон към един водороден атом, наречено деутерий (D), увеличава масата на молекулата на водата (HDO) с около 5% и тази малка промяна влияе на образуването на космическото тяло и на изпаряването на водата след формирането му. Съотношението деутерий към водород (D / H) говори за условията на образуване, включително температурата, и еволюцията на космическото тяло във времето.
Моделите за образуване на Слънчевата система показват, че съотношението деутерий / водород (D / H) трябва да е много по-високо в по-студената външна част на Слънчева система, отколкото в по-топлата вътрешна зона, където се е образувала Земята. Деутерият е по-разпространен в студените молекулярни облаци. Някои модели прогнозират, че D / H трябва да е 10 пъти по-висок в системата на Сатурн, отколкото на Земята. Но новите измервания показват, че това не е така, що се отнася до пръстените и спътниците на Сатурн, с изключение на Феба.
Откриването на необичайно съотношение деутерий към водород (D / H) на спътника на Сатурн Феба означава, че е образуван в далечната част на Слънчевата система, казва водещият изследването учен Роджър Н. Кларк.
"Съотношението D / H на Феба е най-високата стойност, измервана досега в Слънчевата система, което предполага, че произхожда от студената външна част на Слънчева система, далеч отвъд орбитата на Сатурн".
Екипът също така измерва съотношението въглерод-13 към въглерод-12 (13C / 12C) на луната на Сатурн Япет и Феба. Япет, който има и D / H подобно на Земята, също има съотношение на въглеродните изотопи, близко до стойностите на Земята. Но Феба има почти пет пъти по-високо съотношение на въглеродни изотопи. Присъствието на въглероден диоксид ограничава колко от Феба може да се изпари в пространството след формирането на сателита. Наличието му не оставя друга възможност, освен Феба да се е образувал в много студените външни части на Слънчевата система, много по-далеч от Сатурн, и след това да е преминал по орбита, от която е бил прихванат от Сатурн. Точно колко отдалеч е дошъл Феба не се знае. Понастоящем няма измервания на D / H или 13C / 12C за ледените повърхности на обектите край Плутон или пояса на Кайпер отвъд Плутон, но тази нова методология ще позволи изследователите да направят такива измервания на повърхностния лед там.
Измерванията са били направени от космическия апарат на НАСА Cassini, използвайки видим и инфрачервен спектрометър за картиране (VIMS) в хода на мисията. Подобреното калибриране на инструмента, завършено в началото на 2018 г., позволило точността, необходима за тези измервания на отразената светлина от пръстените и сателитите. Новият метод за измерване на изотопните съотношения на твърди вещества като лед и замръзнал въглероден диоксид, използвайки дистанционно отразяваща спектроскопия, ще даде възможност за измерване на изотопните съотношения на други обекти в Слънчевата система.
Фактът, че в системата на Сатурн D / H е близко до стойностите на Земята, предполага, че водата във вътрешната и външната Слънчева система има подобен произход и трябва да се разработят нови модели, които да отчитат това.
Мисията на NASA Europa Clipper може да се използва за измерване на изотопните съотношения на ледените Галилееви сателити (Ио, Калисто, Ганимед, Европа) на Юпитер, а Кларк е съавтор на мисията и се надява да направи такива измервания.
Изследването: Roger N. Clark et al. Isotopic Ratios of Saturn's Rings and Satellites: Implications for the Origin of Water and Phoebe, Icarus (2018). DOI: 10.1016/j.icarus.2018.11.029
На снимката: Инфрачервена снимка на Сатурн от Cassini VIMS. Синьото е воден лед, който отразява сравнително ярко в инфрачервено. Червеното показва топлината от дълбочината на планетата. Зеленото е от "северните сияния". Феба (вдясно) е снимана във видима светлина. Феба е много тъмна, като въглен, докато пръстените са много ярки във видима светлина - като леко мръсен сняг. Феба не е в мащаб спрямо Сатурн. Кредит: НАСА, JPL, екип на VIMS, екип на ISS, U. Arizona, D. Machacek, U. Leicester
