Анализ данных, полученных с космического телескопа James Webb, выявил на небольших внутренних спутниках Нептуна – Лариссе и Галатее – а также в кольцах планеты признаки минералов, предположительно сформировавшихся при взаимодействии с жидкой водой. Данное открытие вызывает вопросы, поскольку оно не соответствует текущим условиям существования этих крошечных и холодных объектов, и может свидетельствовать о сохранении вещества более крупных, древних спутников Нептуна после их разрушения.

Ученые изучили наблюдения в ближнем инфракрасном диапазоне, сделанные с использованием спектрографа NIRSpec телескопа Webb. В спектральных характеристиках Лариссы, Галатеи и колец были зафиксированы признаки, указывающие на наличие филлосиликатов, богатых магнием. На Земле и других небесных телах Солнечной системы подобные минералы образуются в результате химической трансформации горных пород под воздействием жидкой воды.

Современные условия на Лариссе и Галатее не благоприятствуют процессу образования таких минералов. Их малые размеры и низкие температуры препятствуют длительному существованию жидкой воды, необходимой для взаимодействия с породами. При этом в проанализированных спектрах не было обнаружено признаков водяного льда на поверхности этих спутников.

Исследователи выдвигают гипотезу о том, что минералы могли образоваться не в нынешних Лариссе и Галатее. Согласно одной из рассматриваемых версий, эти спутники и часть колец Нептуна содержат остатки более крупных тел, существовавших на ранних этапах формирования Солнечной системы. Внутри этих древних объектов могло выделяться достаточно тепла для поддержания жидкой воды, которая взаимодействовала с горными породами, приводя к образованию филлосиликатов, насыщенных магнием.

Аналогичные явления отмечались и на других крупных объектах Солнечной системы. В частности, свидетельства о взаимодействии горных пород с водой были найдены в образцах, связанных с Церерой и некоторыми крупными астероидами главного пояса. Если древние спутники Нептуна обладали значительными размерами, то они могли иметь сложную внутреннюю структуру, характеризующуюся расслоением различных веществ по плотности.

В результате разрушения такого спутника его внутреннее вещество могло оставаться на орбите Нептуна. С течением времени часть этих обломков могла сплотиться в новые небольшие спутники, а другая — послужить основой для формирования или расширения системы колец. В таком сценарии Ларисса и Галатея могли бы содержать вещество, которое изначально находилось в недрах гораздо более крупных небесных тел.

Тем не менее, спектральные данные сами по себе недостаточны для реконструкции первоначальной конфигурации спутниковой системы Нептуна. Для объяснения возможного разрушения древних спутников учёные обращают внимание на ещё один необычный объект — Тритон.

Тритон содержит более 99 процентов общей массы всех спутников Нептуна и вращается по ретроградной орбите, то есть в направлении, противоположном вращению планеты. Эта особенность является одним из основных доказательств того, что Тритон сформировался не одновременно с Нептуном, а был впоследствии захвачен его гравитационным полем.

Согласно наиболее вероятной гипотезе, Тритон изначально являлся частью пояса Койпера. После того, как Нептун привлёк его гравитацией, траектория движения Тритона на протяжении определенного периода могла существенно отличаться от современной. Взаимодействие гравитации Тритона с уже сформировавшимися спутниками могло дестабилизировать всю систему.

Вследствие этих взаимодействий могли произойти столкновения и фрагментация некоторых древних спутников. Полученные обломки впоследствии могли образовать часть нынешних внутренних спутников Нептуна, а также его кольца. Обнаруженные с помощью телескопа James Webb минералы на Лариссе и Галатее соответствуют данной модели развития событий, однако сами по себе не служат неопровержимым доказательством.

Исследователи также рассматривают альтернативную интерпретацию: филлосиликаты могли быть доставлены из внутренних областей другого крупного тела пояса Койпера, которое было разрушено в результате сближения с Нептуном. В этом случае найденные вещества не обязательно связаны с древними спутниками планеты.

Подтверждением существования у Нептуна более старой системы спутников может послужить Нереида — третий по величине спутник планеты. Дальнейшие наблюдения, выполненные с помощью James Webb, выявили, что поверхность Нереи богата водяным льдом и отличается по своему составу от ранее исследованных объектов пояса Койпера.

Существующее расхождение в характеристиках может свидетельствовать о том, что Нереида образовалась или была частью системы спутников Нептуна ещё до включения Тритона в её гравитационное влияние. В случае подтверждения этой гипотезы, она будет соответствовать модели, согласно которой появление Тритона спровоцировало существенные изменения в первоначальной структуре спутниковой группы планеты.

Следовательно, выявление минералов на Лариссе и Галатее может указывать на то, что современные небольшие спутники Нептуна содержат фрагменты тел, которые ранее были значительно больше и впоследствии разрушились. В настоящее время остаётся неясным, являлись ли эти тела изначально спутниками Нептуна или представляли собой объекты, прибывшие из удалённых регионов Солнечной системы. Для оценки достоверности этих предположений необходимы дополнительные спектральные исследования и более детальный анализ состава спутников и колец Нептуна.

Исследование опубликовано в журнале Science Advances.