Астрономы объяснили воду Сатурна и океаны у чёрной дыры

Учёные, спустя 14 лет, определили, откуда в верхних слоях атмосферы Сатурна берётся вода. Оказалось, планету снабжает жидкостью Энцелад, известный своими фонтанами. Астрономы подчёркивают – это первое свидетельство того, что луна может влиять на атмосферу «подотчётной» планеты.

Южный полюс Энцелада (этот регион также известен как "тигровые полосы") выбрасывает порядка 250 килограммов H₂O каждую секунду (фото NASA/JPL/Space Science Institute).

Похожий на пончик тор из воды обнаружил космический телескоп Herschel Европейского космического агентства. Удивительное образование оставалось всё это время неизвестным из-за того, что в видимом свете водяной пар незаметен. Но на борту спутника Herschel имеется аппаратура, снимающая в инфракрасном диапазоне. Она-то и зарегистрировала наличие колоссальных «залежей» воды.

Параметры ещё одного «кольца» Сатурна таковы: диаметр — в 5 раз больше диаметра планеты, высота примерно равна её радиусу. (Сам Энцелад располагается на расстоянии двух диаметров.)

Учёным давно было известно, что в нижних слоях атмосферы Сатурна H₂O присутствует в следовых количествах в газообразной форме. Но их долго (с 1997 года) смущал тот факт, что её невероятно много в верхних слоях.

На графиках показаны спектральные линии, принадлежащие воде. Вверху — график, построенный по данным орбитального телескопа SWAS, в 1999 году, внизу – данные с «Гершеля» в 2009 и 2010 годах. Различия налицо.
Объясняют различия в линиях поглощения и испускания картинки, расположенные справа от графиков и иллюстрирующие положение Сатурна и водного тора относительно телескопов. Разные цвета спектров соответствуют разному времени съёмки (иллюстрации P. Hartogh et al., A&A, ESO).

Теперь же компьютерные модели показали, что около 3-5% воды, извергаемой в окружающее пространство луной, оказывается близ Сатурна. Как раз такого количества достаточно для того, чтобы объяснить атмосферные запасы планеты. Остальная вода замерзает в кольцах Сатурна, падает на другие луны и просто разлетается в космосе.

Фактически Энцелад – единственная луна, которая определяет химический состав атмосферы своей планеты. А это очень даже серьёзно.

«На Земле ничего подобного нет. Значительное количество воды не валится на нас из космоса», — поясняет Пауль Хартогх (Paul Hartogh) из Института исследований Солнечной системы Макса Планка (Max-Planck-Institut f?r Sonnensystemforschung), курирующий нынешнее исследование.

Кстати, как недавно установили учёные, Энцелад и Сатурн также обмениваются пучками электронов.

«Гершель» отличается от сородичей охватом длинноволнового инфракрасного излучения. Он обосновался во второй точке Лагранжа в системе Земля-Солнце и наблюдает за самыми холодными и отдалёнными объектами во Вселенной (иллюстрация ESA — D. Ducros, 2009).

Присутствие воды в космосе астрономы регистрируют постоянно. Например, недавно безмерные накопления столь необходимого для появления жизни вещества были также обнаружены в глубинах Вселенной.

Две команды специалистов обнаружили самый большой и наиболее удалённый «резервуар» с водой во Вселенной. Он находится на расстоянии 12 миллиардов световых лет от Солнечной системы и содержит в четыре тысячи раз больше воды, чем весь Млечный Путь (или в 140 триллионов раз больше воды, чем все океаны Земли).

Таким количеством H₂O (в виде пара) может похвастать квазар APM 08279+5255, в центре которого сидит чёрная дыра массой около 20 миллиардов Солнц. Эта вода занимает пространство поперечником несколько сотен световых лет.

Так в представлении художника выглядит удалённый квазар, изученный группами из Калифорнийского технологического института (Caltech) и Лаборатории реактивного движения (JPL).
Газ, пыль и водяной пар формируют вокруг чёрной дыры тор, сверху и снизу которого располагается заряженный газ. Рентгеновское излучение исходит из центра, а пыльные «облака» тора испускают инфракрасное излучение.
Квазар показан боком для наглядности, на самом деле с Земли он виден плашмя (иллюстрация ESA, V. Beckmann/NASA-GSFC).

Данный объект интересен ещё и тем, что показывает нам воду ранней Вселенной. Если вычесть те самые 12 миллиардов световых лет ходу, то получается, что квазар существовал, когда Вселенной было всего 1,6 миллиарда лет от роду.

«Резервуар» был обнаружен при помощи американских и французского телескопов, рассматривающих небеса в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне длин волн. Подробнее об океанах близ чёрной дыры рассказывает статья в Astrophysical Journal Letters (также доступен её препринт).