Большинство из 62 спутников Сатурна вращаются вокруг своей гигантской планеты на большом расстоянии от главных колец.
Исключение составляют лишь несколько небольших, неправильной формы тел, так называемых кольцевых лун.
В последние месяцы миссии Кассини NASA космический зонд смог наиболее точно взглянуть на пять из этих странных, частично равиоли-образных тел и космическую среду, в которой они подвергаются воздействию.
Форма, плотность, текстура поверхности и состав, а также распределение заряженных частиц в окружающей среде позволяют сделать выводы об эволюции кольцевых лун. Мониторинг среды заряженных частиц спутников оказался неожиданным: плотно ограниченное накопление электронов высокой энергии, которые образуют ранее неизвестный пояс микро-излучения в области кольца F планеты.
Три из самых внутренних лун Сатурна - Пан, Дафнис и Атлас-представляют собой причудливые миры. С их кольцеобразной выпуклостью вдоль экватора они напоминают космические равиоли. В то время как Пан и Дафнис расчистили для себя орбиты внутри кольца А, что хорошо видно даже с Земли, Атлас расположен на самом внешнем краю этого кольца. Пандора и Эпиметей вращаются вокруг Сатурна за пределами соседнего, гораздо более тонкого и пыльного F - кольца.
Пять лун Пан, Дафнис, Атлас, Пандора и Эпиметей расположены во внешней части кольца А, которое хорошо видно с Земли, и вблизи кольца F. Луны Пан, Дафнис и Атлас напоминают равиоли с их кольцеобразной выпуклостью вдоль экватора.
Заключительные этапы миссии NASA «Кассини Сатурн» предоставили возможность изучить эти уникальные тела диаметром от 8 до 120 километров с близкого расстояния. В период между декабрем 2016 и апрелем 2017 пять камер и спектрометров на борту Cassini смогли собрать беспрецедентные данные.
Чуть позже детектор частиц LEMMS, разработанный и построенный исследователями под руководством MPS в рамках пакета инструментов Mimi, внес свой вклад в кампанию. Между апрелем 2017 и сентябрем 2017, когда Кассини совершил свои самые смелые маневры и нырнул в область между Сатурном и его самым внутренним кольцом. Во время этих орбит леммы провели первый подробный и систематический мониторинг окружающей космической среды кольцевых лун.
Эта кампания с несколькими инструментами обеспечивает наиболее точную картину пяти лун кольца на сегодняшний день. При пространственном разрешении от 36 до 170 метров на пиксель объем и, следовательно, плотность тел может быть определена гораздо точнее, чем раньше.
Более детальное понимание природы выпуклостей, похожих на равиоли, также стало возможно. В то время как выпуклость Пана составляет около десяти процентов от общего объема Луны, выпуклость Дафниса составляет только один процент, а выпуклость Атласа - 25 процентов от общего объема.
Во всех трех случаях выпуклость гораздо более гладкая и имеет меньше кратеров, чем остальная поверхность, что говорит о более молодом возрасте. Это также относится к довольно плоской экваториальной области Луны Pandora.
В целом, пять лун кажутся очень пористыми. При максимуме 640 килограммов на кубический метр их средняя плотность сравнима с плотностью пробки.
Все это указывает на многоступенчатый процесс образования, в котором сыпучий материал из колец Сатурна постепенно осаждается на экваторе кольцевых лун. Под ним может скрываться более плотное ядро, возможно, фрагмент большего тела, который когда-то вращался вокруг Сатурна и был разрушен столкновениями.
Состав поверхности лун, который может быть впервые определен с помощью спектрометра VIMS (видимого и инфракрасного картографического спектрометра), также указывает на осаждение кольцевого материала.
Ученые подозревают там органические и богатые железом соединения. Луны внешнего кольца, особенно Эпиметей, кажутся голубее. Это потому, что он покрыт гранулами, которые излучает в космос более далекая луна Сатурна Энцелад.
Частицы высокой энергии также могут изменять поверхностные свойства лун, но, согласно данным лемм, влияние этой плазменной среды оказалось незначительным.
По мнению ученых, измерения показывают, что окружающая среда всех пяти лун в значительной степени свободна от протонов высокой энергии. Вместе с F-кольцом Луны Пандора и Прометей поглощают эти протоны настолько эффективно, что никакое значительное количество не может накапливаться в их среде. Аналогичная ситуация сложилась и с лунами, вращающимися внутри А-кольца.
В то время как ЛЕММС обнаружил, что высокоэнергетическая электронная среда также была доброкачественной, ее данные показали еще кое-что совершенно неожиданное: постоянное скопление энергетических электронов вдоль F-кольца.
Скопление не распространяется по всему кольцу: оно центрируется через несколько часов после местного полуденного времени в магнитосфере и простирается под пространственным углом около 15 градусов. Ученые называют это распределение поясом микро-излучения или микрополоском.
Его угловое удержание показывает сложные потоки плазмы вблизи планеты, но его расположение с F-кольцом наиболее удивительно. Известно, что кольца удаляют излучение частиц. Вопреки этому, F-кольцо, похоже, генерирует свой собственный крошечный радиационный пояс. Как это происходит, для ученых до сих пор остается загадкой.
