Происхождение спутников Урана: версия с ударом и обломками признана маловероятной

Система Урана — одна из самых загадочных в Солнечной системе. Ось вращения планеты наклонена почти на 98 градусов относительно плоскости орбиты, из-за чего Уран «лежит на боку». При этом все его крупные спутники движутся точно в плоскости экватора — то есть тоже оказываются «лежащими». Это породило три главных сценария их формирования.

Три гипотезы рождения лун

Первый сценарий: мощное столкновение с другой планетой наклонило Уран, а выброшенное вещество сформировало спутники. Второй: уже после падения Уран гравитацией захватил пролетающие тела, которые разрушились в кольцо, а затем собрались в луны. Третий: спутники существовали и до удара, были уничтожены, а потом восстановились из собственных обломков.

До недавнего времени у астрономов не было решающего аргумента в пользу одной из версий. Но теперь группа учёных из Калифорнийского технологического института под руководством Майкла Брауна представила результаты изотопного анализа воды.

Изотопный след воды

Исследователи воспользовались возможностями космической обсерватории «Джеймс Уэбб», позволяющей определять не только состав, но и изотопные соотношения. Внимание было сосредоточено на молекулах воды: учёные сравнили содержание обычного водорода и его тяжёлого изотопа — дейтерия. В крупных спутниках Урана много водяного льда: от 30% массы на Титании и Обероне до примерно 50% на Миранде, Ариэле и Умбриэле. Сама планета тоже почти на треть состоит из воды.

Выяснилось, что у большинства лун соотношение дейтерия к водороду составляет около 210 атомов дейтерия на миллион атомов водорода. У Миранды этот показатель выше — примерно 310. А у Урана он равен всего 44. Это принципиальное различие означает, что вещество спутников и планеты имеет разное происхождение.

«Если бы луны образовались из обломков столкновения одной планеты с другой, их изотопный состав должен был совпадать с планетным или быть очень близким. В данном случае этого нет, — объясняют авторы работы. — Поэтому гипотезу об ударе как источнике материала для спутников можно исключить».

Таким образом, две оставшиеся версии — захват и повторное формирование после разрушения существовавших ранее лун — остаются в силе. Учёные отмечают, что вода на спутниках могла иметь «инородное» происхождение: например, быть принесённой кометами или астероидами. Кроме того, нельзя сбрасывать со счетов возможность, что самые ранние спутники сформировались вместе с планетой из протопланетного облака, а удар изменил лишь их орбиты.

Результаты исследования уже выложены на сервере препринтов arXiv.org. Они открывают новый этап в понимании эволюции системы Урана и, возможно, помогут прояснить механизмы формирования спутников у других ледяных гигантов.