Планетологи использовали данные инфракрасного космического телескопа «Джеймс Уэбб» для установления, что химический состав поверхностей спутников Нептуна Протей, Ларисса и Галатея, а также частиц его колец, существенно отличается от состава других объектов во внешней Солнечной системе.
Модель происхождения спутников
Полученные сведения лучше всего соответствуют гипотезе о том, что эти внутренние спутники и кольца содержат вещество, взятое из недр разрушенных первоначальных спутников или из карликовой планеты, которая проходила мимо Нептуна.
До сих пор природа системы колец и спутников Нептуна остается предметом научных споров. Больше 99% общей массы всех спутников принадлежит Тритону, который имеет ретроградную и сильно наклоненную орбиту относительно планеты. Остальные один процент составляют небольшие спутники, многие из которых также движутся по нерегулярным траекториям.
Существует предположение, что изначально Нептун имел упорядоченную систему регулярных спутников. После захвата Тритона, прибывшего из Пояса Койпера, эта система могла распасться, а из образовавшихся обломков сформировались мелкие спутники и кольца. Также рассматривается теория о том, что спутники и кольца возникли из остатков карликовой планеты из Пояса Койпера, которая прошла мимо Нептуна и была разорвана приливными силами.
Методология исследования
Для проверки этих моделей ученым требовались детальные данные о составе спутников, однако вблизи Нептуна ранее побывал только аппарат «Вояджер-2». Группа планетологов под руководством Райли Дэвис из Калифорнийского университета в Сан-Диего представила результаты анализа спектров, собранных спектрографом NIRSpec «Джеймса Уэбба» в ближнем инфракрасном диапазоне.
Прибор фиксировал спектры солнечного излучения, отраженного от частиц колец и поверхностей спутников Протей, Ларисса и Галатея, что позволило получить информацию о минералогическом составе. Исследователи затем сопоставили эти данные со спектрами земных метеоритов, астероидов, спутников Урана и Сатурна, а также с объектами Пояса Койпера и троянцем Нептуна 2006 RJ103.
Минералогический состав тел
Было установлено, что ни у трех изученных спутников Нептуна, ни в его кольцах нет очевидных признаков водяного льда, хотя обнаружены следы гидроксильной группы. На Лариссе, Галатее и в частицах колец выявлено присутствие магнийсодержащих серпентиноподобных филлосиликатных глин. В случае Протея таких минералов либо очень мало, либо они полностью отсутствуют, но вместо этого наблюдаются признаки наличия углекислоты на обоих полушариях.
Для всех исследованных объектов и колец не исключено наличие минералов, содержащих аммиак. Обнаружение филлосиликатных глинистых минералов на кольцах и спутниках Нептуна является первым подобным случаем среди тел за пределами Юпитера; обычно такие минералы встречаются в углистых хондритах и астероидах Главного пояса.
Выводы о происхождении вещества
Считается, что эти минералы образуются внутри родительских тел астероидов и метеоритов при наличии жидкой воды, при умеренных температурах (менее 300–400 кельвин) и длительном процессе (более 1–10 миллионов лет). Однако размеры Лариссы и Галатеи (меньше двухсот километров) не позволяли создать необходимые условия для таких реакций.
Поэтому наиболее вероятной представляется концепция о том, что спутники и кольца Нептуна состоят из материала недр одного или нескольких тел, которые имели сложную структуру, включающую каменное ядро и мантию с ледом и глинистыми минералами. Обедненность водяным льдом может быть следствием того, что исходное вещество было бедно летучими компонентами, или же лед был потерян впоследствии.
Что касается Протея, возможно, он сформировался из вещества, которое никогда не контактировало с жидкой водой, или же он пережил столкновение, вызвавшее его нагрев и обезвоживание филлосиликатов. Наличие аммиака и обилие филлосиликатов на Лариссе и Галатее могут объясняться умеренным нагревом обломков (до 700 кельвин), что указывает на относительно низкую скорость столкновений при разрушении первоначальной системы Нептуна и ее последующей эволюции.
