Внутренние спутники и кольца Нептуна оказались фрагментами недр первичных спутников планеты

Инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб» помог планетологам определить, что состав поверхностей спутников Нептуна Протея, Лариссы и Галатеи, а также частиц колец планеты, заметно отличается от состава других тел внешней Солнечной системы. Лучше всего полученные данные вписываются в модель, в которой внутренние спутники и кольца Нептуна содержат вещество из недр разрушенных первоначальных спутников или пролетавшей мимо карликовой планеты. Статья опубликована в журнале Science Advances.

Природа системы колец и спутников Нептуна до сих пор остается загадкой для планетологов. Более 99 процентов массы всех спутников Нептуна приходится на Тритон, чья орбита ретроградная и сильно наклонена по отношению к планете, а оставшийся один процент представлен группой близких к Нептуну небольших спутников, многие из которых тоже обладают нерегулярными орбитами. Предполагается, что в прошлом планета могла обладать упорядоченной системой регулярных спутников, которая после захвата Тритона, прибывшего из Пояса Койпера, разрушилась, а из обломков сформировались мелкие спутники и кольца. Не исключена и теория, согласно которой спутники и кольца возникли из обломков разорванной приливными силами карликовой планеты из Пояса Койпера, которая пролетала мимо Нептуна. Для того, чтобы проверить эти модели, ученым необходимы качественные данные по составу спутников, однако их не хватает — вблизи Нептуна пролетал только «Вояджер-2».

Группа планетологов во главе с Райли Дэвис (Ryleigh Davis) из Калифорнийского университета в Сан-Диего опубликовала результаты анализа спектров, полученных спектрографом NIRSpec «Джеймса Уэбба» в ближнем инфракрасном диапазоне во время наблюдений за небольшими внутренними спутниками Нептуна Протеем, Лариссой и Галатеей и кольцами. Прибор регистрировал спектры отраженного от поверхностей спутников и частиц колец солнечного излучения, которые несли в себе информацию о минералогическом составе. Затем исследователи сравнили полученные данные со спектрами земных метеоритов, астероидов, спутников Сатурна и Урана, одного из троянцев Нептуна 2006 RJ₁₀₃ и объекта Пояса Койпера 2002 MS₄.

Ученые определили, что у всех трех исследованных спутников Нептуна, а также колец, отсутствуют явные признаки водяного льда, несмотря на наличие следов гидроксильной группы. На Лариссе, Галатее и в частицах колец регистрируется наличие магнийсодержащих серпентиноподобных филлосиликатных глин. В случае Протея следов подобных минералов либо очень мало, либо нет совсем, зато, в отличие от других тел, наблюдаются признаки наличия углекислоты на обоих полушариях. Для всех исследованных тел и колец не исключается и наличие минералов, содержащих аммиак.

Обнаружение филлосиликатных глинистых минералов на внутренних спутниках Нептуна и в его кольцах стало первым подобным случаем для тел за пределами Юпитера. Обычно такие минералы находили в составе углистых хондритов и астероидов Главного пояса. Считается, что они возникают внутри родительских тел астероидов и метеоритов в присутствии жидкой воды, причем процесс идет при умеренных (менее 300–400 кельвин) температурах и достаточно медленно (более 1–10 миллионов лет). Ларисса или Галатея, чьи диаметры меньше двухсот километров, не были способны обеспечить такие условия для протекания реакций. 

Таким образом, наиболее жизнеспособной оказывается идея о том, что внутренние спутники и кольца Нептуна содержат вещество из недр одного или нескольких разрушенных тел, которые обладали дифференцированным строением в виде каменного ядра и мантий, содержащих лед и глинистые минералы. Обедненность водяным льдом можно объяснить либо тем, что обломочное вещество, из которого формировались спутники и кольца, было бедно летучими веществами, либо тем, что водяной лед был утерян в дальнейшем. Протей мог сформироваться из вещества, которое никогда не подвергалось изменениям в присутствии жидкой воды, либо пережил столкновение с другим телом, что привело к его разогреву и обезвоживанию филлосиликатов. Что касается аммиака, то его наличие, как и обилие филлосиликатов на Лариссе и Галатее, можно объяснить умеренным (до 700 кельвин) нагревом обломков, из которых формировались спутники и кольца, что, в свою очередь, говорит об относительно низких скоростях столкновений тел во время разрушения первоначальной системы Нептуна и ее последующей эволюции.

Ранее ученые выяснили, что у Нептуна есть лишь один нетронутый спутник — Нереида возникла вместе с планетой и смогла пережить прибытие Тритона.