Кольца: видимое и невидимое
Вот, вы смотрите, в любой приличный любительский телескоп — даже не самый мощный — Сатурн предстает в своей классической, почти иконографической красоте: шар с ушами, точнее, с четкими, будто по линейке проведенными, промежутками. И кажется, что колец всего три: темная щель Кассини делит два ярких кольца (внешнее A и внутреннее B), а если очень постараться, то можно увидеть и третье, слабенькое, «крепковое» кольцо C, прижатое к самой планете. Но вот парадокс, который всегда вызывает у меня усмешку: мы, астрономы, уже давно говорим не о трех, а о семи, восьми, а то и больше *основных* кольцевых комплексах, каждый из которых — это целая вселенная из миллиардов ледяных осколков, поделенная на тысячи тонких колечек и дуг. Откуда такая разница? Все дело в масштабе и в отражательной способности поверхности. Альбедо (от латинского albedo — «белизна»). Те три кольца, что видны с Земли, — просто гигантские, самые плотные и яркие «автострады». А дальше начинается тонкая, почти невидимая паутина: кольцо D, едва заметная дымка у облаков планеты; кольцо F — то самое, тонкое и извилистое, что находится сразу за ярким кольцом A; и еще более разреженные G и E, простирающиеся на сотни тысяч километров. Еще дальше Кольцо Фебы — самое большое, диаметр — более 10 миллионов километров, образовано пылью с поверхности одноимённого спутника Сатурна. И вот здесь, на этой границе между царством ясного, предсказуемого порядка (кольца A, B, C) и царством тонкой, хаотичной «бахромы», как раз и царит наш герой. Потому что стабильные, массивные кольца могут существовать сами по себе, а вот хрупкое, нитевидное кольцо F — нет. Ему нужен пастух, регулировщик, хулиган-скульптор. Ему нужна гравитационная «рука», которая будет постоянно подталкивать, притормаживать и собирать в кучу рассеянные частицы, не давая им разбежаться в космическую пустоту или, наоборот, упасть на планету. И эту работу, эту титаническую ежесекундную возню на окраине сверкающего царства, взял на себя крошечный Прометей, который буквально вплетает в ткань этого нестабильного кольца, создавая те самые фантастические завихрения, что видны только глазами космических аппаратов.
Открытие Прометея
— это классическая история о том, как великие свершения иногда рождаются из рутинной работы с архивными снимками. Октябрь 1980-го. «Вояджер-1», пролетая мимо Сатурна, шлет на Землю тонны данных. Зачастую размытых, перегруженных, поврежденных. Среди них было и оно — крошечное пятнышко, едва отличимое от шума. Его выловил зоркий глаз и терпение астронома Стюарта Коллинза. Объекту присвоили сухое, казенное имя S/1980 S 27 — 27-й спутник, открытый у Сатурна в 1980 году. Никакой романтики. Лишь спустя пять лет, когда его существование подтвердилось, он получил имя мифического титана. И как мы уже могли понять, это имя ему в итоге подошло куда больше, чем можно было представить. Итак, что же он собой представляет? Забудьте о гладких сферах. Прометей — это космический картофель. Нет, серьезно. Сами астрономы не стесняются характеризовать некоторые объекты как «картофелеобразные». Его форма — это небрежно вылепленная, вытянутая глыба с примерными размерами 148 на 100 на 68 километров. Если бы его можно было взвесить, нас ждал бы сюрприз: плотность всего 0.6 г/см³. Это меньше плотности воды! Такой показатель — кричащее свидетельство его внутреннего устройства. Прометей, скорее всего, не монолитная скала, а так называемое «рыхлое тело» или «груда щебня» — конгломерат ледяных обломков и пустот, удерживаемых вместе собственной слабой гравитацией. Представьте себе гигантский, грязный, пористый снежок. Это он и есть. Его масса — 1.57×10¹⁷ кг — звучит внушительно, но в масштабах планеты это мельчайшая песчинка.
Поверхность его — летопись безразличного космоса. Она испещрена хребтами, долинами и, что самое заметное, кратерами. Но здесь есть важный нюанс. Самые крупные из них едва достигают 20 км в диаметре, и выглядят они… смазанно, словно оплывшие ямы. Почему? Потому что Прометей, состоящий из льда и, вероятно, силикатной пыли, слишком непрочен. Удар метеорита не оставляет четкого, резкого следа, как на Луне, — материал «проваливается», стенки кратера сползают. И здесь мы подходим к самому интересному — цвету и составу.
Снимки «Кассини» в высоком разрешении раскрыли поразительный контраст. Значительная часть поверхности Прометея покрыта темным, чуть красноватым материалом. Это, почти наверняка, толины — сложные органические полимеры, которые образуются из простых соединений вроде метана и аммиака под действием жесткого ультрафиолетового и радиационного облучения. Откуда они берутся? Вероятнее всего, это «космическая пыль», оседающая из системы Сатурна, особенно из его колец и от других спутников. Но есть и яркие, почти белые участки — это, предположительно, чистый водяной лед, обнажающийся на крутых склонах, внутренних стенках кратеров и хребтах. Создается впечатление, что Прометей — это грязный снежный сугроб, в котором кое-где ветер сдул верхний слой почвы, обнажив искрящийся насквозь лед.
Самый беспокойный часовой Солнечной системы
И последнее, о чем стоит сказать в этом портрете, — его орбитальная жизнь. Она, прямо скажем, нервная. Полный оборот вокруг Сатурна за 14 часов 42 минуты на среднем расстоянии в 139 400 км — это стремительный бег по самой кромке главных колец. Но самое главное — его путь неустойчив. Он находится в четком орбитальном резонансе с внешним соседом, Пандорой. Примерно каждые 6.2 года их гравитационный танец достигает пика: Прометей, двигаясь чуть быстрее, догоняет Пандору, они обмениваются орбитальным моментом, и Прометей приближается к кольцу F еще ближе, буквально ныряя в его внешний край. Именно в эти периоды его «пастушья» деятельность и воровские наклонности проявляются наиболее ярко — он вытягивает из кольца целые струи материала, оставляя за собой борозды хаоса. Это не статичный мир. Это динамичный, почти живой механизм, чья орбитальная пульсация напрямую диктует ритм жизни целого кольца. И для такой активной жизни его несовершенная, пористая, картофельная форма оказывается идеальной.
Сама по себе метафора «пастуха» для спутника, охраняющего кольцо, звучит идиллически. Сразу представляется некий космический сенбернар, степенно идущий рядом со стадом овец-частиц, заботливо подгоняя отстающих. Забудьте. Если Прометей и пастух, то самый отъявленный, несуразный и при этом гениальный псарь, который не столько охраняет овец, сколько устраивает из них цирковые представления, а иногда и тихонько одну-другую… съедает.
Вся его «пастушья» работа — это не прочный забор, а бесконечная, ювелирная игра гравитационными импульсами. Представьте: он мчится по своей орбите внутри так называемой границы предела Роша — воображаемой границы, где приливные силы Сатурна разрывают на части крупные тела. Он сам уцелел чудом, но он достаточно массивен, чтобы его крохотная гравитация была дирижерской палочкой для микроскопических ледяных пылинок кольца F.
Механика этого гравитационного балета до гениальности проста и в то же время сложна. Вот он летит, догоняя с внутренней стороны более медленные (по законам Кеплера) частицы кольца. Пролетая рядом, он притягивает их к себе. Но поскольку он движется быстрее, это притяжение работает как гравитационный тормоз — частица теряет немного энергии и, скукожившись, сползает на орбиту ближе к Сатурну. Чуть позже, обогнав часть кольца, он оказывается рядом с частицами на более дальней орбите. Теперь его гравитация, наоборот, подталкивает их, ускоряет, заставляя перепрыгнуть на более высокую орбиту. Получается гравитационная «молотилка»: он безостановочно перебрасывает материал с внутреннего края кольца на внешний и обратно, постоянно подправляя его границы, не давая ему растечься в пространстве.
И да, насчет Пандоры. Долгое время считалось, что это работа в паре: один «пастух» с внутреннего края (Прометей), другой — с внешнего (Пандора). Но данные «Кассини» поставили все на места. Пандора слишком легка и далековата, ее гравитационное влияние — лишь слабый эхо-сигнал на фоне буйства Прометея. Она больше похожа на растерянного зрителя, бегущего за несущимся поездом, который выписывает на полотне кольца свои виражи. Весь драматизм, вся ответственность за этот бесконечный спектакль света, льда и толиновой органики лежит на одном-единственном, вечно неугомонном небесном теле — Прометее. Он не столько пасет, сколько постоянно, каждую секунду, создает кольцо F заново. И в этом его истинная, титаническая суть.