< Индия вывела станцию "Чандраян-2" на орбиту вокруг Луны

Форма Дионы неравновесна и скрывает подледный океан

Измерения гравитационного поля Дионы, проведенные КА «Кассини» во время близких пролетов, показали, что форма спутника далека от гидростатического равновесия. Однако наблюдаемые отличия от равновесной формы частично скомпенсированы изостатическим выравниванием, что говорит о возможном наличии подледного океана глубиной около 30 км под ледяной корой толщиной около 120 км.

---

Владислава Ананьева

Диона – один из крупных ледяных спутников Сатурна – была открыта Джованни Кассини в 1684 году. Диона вращается вокруг Сатурна по близкой к круговой орбите на среднем расстоянии 377.4 тыс. км (6.26 радиусов Сатурна) и делает один оборот за 2.74 земных суток. Диона находится в орбитальном резонансе 1:2 с Энцеладом, что поддерживает малый, но не равный нулю эксцентриситет ее орбиты – 0.0022.

За 13 лет пребывания в системе Сатурна КА «Кассини» совершил пять близких пролетов Дионы. Во время трех последних (12 декабря 2011 года, 16 июня и 17 августа 2015 года) были проведены гравиметрические измерения – по доплеровскому сдвигу частоты принимаемого на Земле сигнала отслеживалось изменение лучевой скорости космического аппарата. Это позволило не только точно измерить массу Дионы, но и определить первые коэффициенты разложения гравитационного поля спутника по сферическим гармоникам. Так, были определены квадрупольные моменты J₂ и C₂₂, характеризующие степень сплюснутости спутника и его вытянутости вдоль оси, направленной в сторону Сатурна. 

Отношение J₂/C₂₂ для тела, находящегося в идеальном гидростатическом равновесии, равно 10/3, однако для Дионы эта величина оказалась равной 4.102 ± 0.044 (разница в 17 стандартных отклонений)! Это говорит о существенно неравновесной форме спутника.

Безразмерный момент инерции Дионы оказался близок к 0.33. Это означает, что она прошла гравитационную дифференциацию и имеет существенную концентрацию масс к центру. В простой двухслойной модели, включающей каменное ядро и ледяную мантию, радиус ядра оценивается в 380-430 км (масса 56-66%, объем 31-46%), притом, что средний радиус Дионы составляет 561.4 ± 0.4 км.

Сравнивая гравитационное поле и форму Дионы, восстановленную по снимкам ее лимба, исследователи обнаружили, что форма тела спутника еще больше отклоняется от равновесной, чем его гравитационное поле, т.е. что неравновесность Дионы частично скомпенсирована. То есть, с одной стороны, недра спутника достаточно холодные и жесткие, чтобы поддерживать форму, отличную от гидростатически равновесной, а с другой, компенсация все же отчасти произошла. Чтобы описать эту ситуацию, исследователи рассмотрели трехслойную модель, где между каменным ядром и ледяной корой находится слой более высокой, чем лед, плотности и низкой вязкости – т.е. подледный океан.

Трехслойная модель хорошо описывает все параметры спутника (безразмерный момент инерции, коэффициенты J₂ и C₂₂) в широком диапазоне толщины водного слоя от 110 км до нуля. Однако наилучшее согласие дает модель с океаном толщиной 30 км, ледяной корой толщиной 120 км и каменным ядром толщиной 411 км. Точнее, толщина коры меняется от 116 км на полюсах до 124 км в серединах лидирующего и хвостового полушарий.

Является ли водный слой в недрах Дионы жидким до сих пор, или он полностью замерз в далеком прошлом, пока не ясно. Поверхность Дионы демонстрирует многочисленные следы тектонической активности, однако она гораздо более древняя, чем поверхность постоянно обновляющегося Энцелада. Возможно, для ответа на этот вопрос нам придется ждать новых миссий в систему Сатурна.

---