В 1671 году астроном Джованни Кассини изучал с помощью телескопа Сатурн и обнаружил множество его интересных особенностей: знаменитый разрыв в его кольцах (который назвали делением Кассини), детализированные структуры полос в его атмосфере и множество лун. Второй обнаруженный сатурнианский спутник — Япет — был быстро уличен в том, что до него не делала ни одна луна: он был виден только на половине своей орбиты. Остальные 50% времени Япет был совершенно невидимым и не мог быть обнаружен никакими средствами, но, казалось, на всей своей орбите подчинялся нормальным законам гравитации. После более чем трех десятилетий усовершенствований своего телескопа Кассини, наконец, смог рассмотреть эту луну со всех сторон, но обнаружил, что ее яркость меняется более чем в 6 раз при движении по орбите.
Орбита Япета имеет наклон 15 градусов относительно других спутников и колец Сатурна.
Эта разница в окраске — не единственное, что делает Япет уникальным среди множества других лун Солнечной системы. Например, все главные луны Сатурна вращаются в одной плоскости с его кольцами: все, кроме Япета, орбита которого значительно наклонена. И пока что эта загадка остается не разгаданной — никакая другая большая луна в Солнечной системе, которая сформировалась вместе с родительской планетой, не имеет такого наклона.
У Япета также есть гигантский хребет вдоль его экватора: он примерно на 10 километров возвышается над этим скалистым ледяным миром. Сама луна вращается недостаточно быстро, чтобы объяснить его наличие, и поверхности Япета, по-видимому, много миллиардов лет, так что это образование появилось давно. Различных идей было выдвинуто множество — это и резкое изменение скорости вращения, когда Япет еще не был твердым, и упавшие на него остатки аккреционного диска, из которого он образовался, и банальная внутренняя активность этого спутника, но в итоге эта загадка так ей и остается.
Гигантский экваториальный хребет Япета не имеет аналогов в Солнечной системе.
Но все же благодаря Кассини — миссии НАСА, а не итальянскому ученому — загадка с двухцветностью Япета была разгадана, спустя более чем 300 лет после открытия этого спутника. Эта межпланетная станция пролетела недалеко от необычной луны, чтобы сфотографировать ее, и обнаружила, что на самом деле одна сторона Япета выглядит так, будто он пашет ей землю. У луны была крайне выражена двухцветность, ибо отражательная способность одного полушария была в 10-20 раз сильнее, чем у другого. Ситуация была еще более серьезной, чем мог себе представить Кассини, поскольку разграничение между светлым и темным полушариями не полностью совпадает с орбитой Япета.
Это все в итоге привело к еще большей загадке: почему Япет так странно выглядит?
Япет — один из крупнейших спутников Сатурна, и он более чем в два раза дальше от этой планеты, чем остальные ее крупные луны. Очень похоже, что потемнение одного полушария Япета вызвано «налипанием» на него пыли, как мошки налипают на лобовое стекло автомобиля при движении — но только проблема в том, что эта луна находится на значительном удалении от пылевых колец Сатурна. Однако идея с налипанием пыли оказалась верной, и «преступника», который «замусоривал» Япета, все же удалось найти.
И хотя Япет находится на значительном удалении от Сатурна, еще дальше него находится меньшая по размерам луна, Феба, которая, скорее всего, является захваченным гравитацией гигантской планеты объектом из пояса Койпера. Она тоже не совсем обычна: в отличие от своих сородичей, Феба вращается в противоположном направлении, и, что важно, она очень-очень темная. Она темнее по своей природе, чем все другие крупные спутники, найденные на орбите Сатурна, и сравнима по яркости с темными частями Япета. Кроме того, Феба испускает постоянный поток частиц в течение очень долгого времени, так как излучение Солнца и незначительные столкновения достаточно сильны, чтобы унести пылинки с поверхности этой небольшой луны в открытый космос.
Внешний вид Фебы и ее обратное вращение относительно других спутников Сатурна говорит о том, что это гость с окраин Солнечной системы.
Благодаря инфракрасным обсерваториям, таким как космический телескоп Спитцера, астрономы смогли открыть невероятную особенность Фебы: она создала свое собственное кольцо пыли вокруг Сатурна, очень разреженное (всего 7 зерен пыли на кубический километр) и поэтому не видимое в обычный телескоп, в отличие от колец своей планеты. При этом оно настолько велико, что даже Япет пробивается через него, летя по орбите. И, с учетом того, что Феба и ее кольцо вращаются вокруг Сатурна по часовой стрелке, а Япет движется против часовой стрелки, мы и получаем эффект «мошек на лобовом стекле».
Со временем эти темные частицы накапливаются только на одной стороне Япета, и никак не на другой, но это только начало истории. Так как пылевое кольцо Фебы очень разреженное, то нарастающий лед на Япете успевал бы покрывать собой пыль, и в итоге этот спутник выглядел бы со всех сторон белым.
Двигаясь против вращения кольца Фебы, Япет тем самым собирает из него пыль.
Но тут срабатывает тот же эффект, который заставляет черную машину на солнце становиться ощутимо горячее, чем белую. Когда вода пытается конденсироваться, замерзать и оседать на светлых участках Япета, ничто не мешает ей. Но когда она пытается делать это в темных областях, тепла от поверхности достаточно, чтобы сублимировать (вскипятить прямо из твердой фазы) лед, что препятствует его накоплению, и чем больше пыли оседает, чем меньше льда остается на темной стороне.
Результат? Двухцветный мир инь-ян, не похожий ни на один другой в Солнечной системе. Спустя более 300 лет одна из загадок этого необычного спутника Сатурна была решена — правда, остаются еще две, про хребет и необычную орбиту, так что, возможно, Япет еще преподнесет нам несколько сюрпризов.
