Вода в кольцах и лунах Сатурна похожа на земную воду, за исключением одного спутника

В исследовании, опубликованном в журнале Icarus, группа ученых под руководством сотрудника Планетологического института США Роджера Кларка (Roger N. Clark) вступает в полемику с существующими моделями образования Солнечной системы, так как результаты их работы противоречат имеющимся данным.

Изотопы представляют собой формы элементов с различным числом нейтронов. Добавление нейтрона увеличивает массу элемента и может изменить процессы формирования планеты, кометы или луны. Как известно, вода состоит из двух атомов водорода (H) и одного атома кислорода — H2O. Добавление нейтрона в один из атомов водорода, называемый дейтерием (D), увеличивает массу молекулы воды (HDO) примерно на пять процентов. Такое, казалось бы, небольшое изменение приводит к изотопическим различиям в образовании космических объектов. Отношение дейтерия к водороду (D/H) — одно из условий образования, а испаряющаяся вода обогащает дейтерий на поверхности. 

Модели для образования Солнечной системы показывают, что D/H должно быть намного выше во внешнем районе Солнечной системе, чем в месте формирования Земли, где гораздо теплее. Некоторые модели прогнозируют, что D/H должен быть в 10 раз выше для системы Сатурна, чем на Земле, однако новые измерения показывают, что это не относится к кольцам Сатурна и спутникам, кроме одной из его лун — Фебы.

По словам Кларка, открытие необычного изотопного отношения (D/H) для Фебы означает, что она была сформирована в дальней части Солнечной системы. Обнаруженная пропорция представляет собой самое высокое значение, зафиксированное в Солнечной системе, что говорит нам о происхождении Фебы далеко за пределами Сатурна.
 
Команда также измерила отношение углерода-13 к углероду-12 (13C/12C) на спутниках Сатурна Иапете и Фебе. Этот показатель у Иапета, который имеет D/H, подобный нашей планете, также близок к значениям Земли, в то время как на Фебе уровень изотопа углерода в пять раз выше. Присутствие углекислого газа говорит и о том, что Феба должна была испариться сразу после образования, вновь подтверждая идею о том, что она сформировалась в очень холодных внешних частях Солнечной системы — намного дальше места положения Сатурна — и впоследствии была захвачена его орбитой. 

Измерения проводились с космического аппарата NASA Cassini с использованием визуального и инфракрасного спектрометров (VIMS). Улучшенная калибровка прибора, выполненная в начале 2018 года, обеспечила точность, необходимую для измерений отраженного света от колец и спутников. Новый метод измерения изотопных отношений с помощью дистанционной спектроскопии на таких веществах, как лед и углекислый газ, позволит измерять изотопные отношения и для других объектов Солнечной системы.