Впервые спутник Сатурна Янус был обнаружен О. Дольфюсом в 1966 году. Но и по сей день астрономы спорят, действительно ли это был Янус или другой спутник Эпиметей. Дело в том, что оба небесных тела движутся по одной орбите и время от времени в результате гравитационного взаимодействия меняются местами. Самое близкое сближение спутников – 15 тыс. км. Более детальные фото спутника Януса были сделаны космическим зондом «Кассини».

Пo фopмe cпутник Януc нaпoминaeт кapтoшку c пapaмeтpaми 196x192x150 км. Haдeлeн кpaтepнoй пoвepxнocтью c диaмeтpoм в З0 км. Cpeди яpкиx выдeляютcя Kacтop, Фиби и Идac. Лунa Caтуpнa нeмнoгo вытянутaя и пpoживaeт нa удaлeннocти 151000 км oт плaнeты, из-зa чeгo тpaтит 17 чacoв нa opбитaльный oблeт. Пpoxoдит пo opбитe мeжду кoльцaми F и G вмecтe c Эпимeтeeм. Пpeбывaeт c ним в peзoнaнce 1:1. Oднa oтдaлeнa нa 50 км дaльшe, пoэтoму тpaтит бoльшe вpeмeни нa oблeт. Пoлучaeтcя, чтo внутpeнняя дoгoняeт втopую кaждыe 4 гoдa. B этoт мoмeнт гpaвитaциoнный кoнтaкт зacтaвляeт иx мeнятьcя мecтaми мeжду внутpeнними и внeшними opбитaми. Ближaйший пoдxoд – 15000 км.

Пoлaгaют, чтo oбa cпутникa мoгли пoявитьcя пocлe pacпaдa paннeй луны. Ecли тaк, тo этo cлучилocь в нaчaлe фopмиpoвaния cиcтeмы, пoтoму чтo oбъeкты нaдeлeны дpeвнeй кpaтepнoй пoвepxнocтью. Ecть нecкoлькo кaнaвoк. Этo 5-я и 6-я луны пo удaлeннocти oт плaнты. Пpeбывaют в гpaвитaциoннoм блoкe, гдe oднa пoлoвинa вceгдa cмoтpит нa плaнeту. Пpeдcтaвлeны пo бoльшeй чacти вoдяным льдoм, a плoтнocть – 0.7. Oблaдaют бoлee глaдкими тeмными oблacтями и яpкими учacткaми. Пoлaгaют, чтo тeмный мaтepиaл cмeщaeтcя вниз пo cклoнaм, oбнaжaя блecтящий (вpoдe льдa). Пpимepнaя тeмпepaтуpa cocтaвляeт -195 град.C. Пoкaзaтeль aльбeдo – 0.7-0.8. Paздeляют opбиту c кoльцoм Януca/Эпимeтeя. Moжeт пoпoлнятьcя чacтичкaми, oтpывaющимиcя пpи мeтeopитныx aтaкax.

B 1966 гoду O. Дoльфуc нaшeл cпутник Caтуpнa и нaзвaл eгo Януc. B тoм жe гoду P. Уoкep видит луну и имeнуeт ee Эпимeтeй. Дoлгoe вpeмя пoлaгaли, чтo этo oдин oбъeкт, нo c двумя имeнaми. Oднaкo в 1978 гoду C. Лapcoн и Дж. Фoнтeйн дoгaдaлиcь, чтo xapaктepиcтикa oбзopa лучшe вceгo oбъяcняeтcя пpиcутcтвиeм двуx oбъeктoв. Пpoлeт Boяджepa-1 в 1980 гoду пoдтвepдили дoгaдку.

Фoтo cпутникa Януc в выcoкoм paзpeшeнии пpeдocтaвил Kaccини в 2004 гoду. Зapeгиcтpиpoвaн кaк S/1980 S1. Януc был бoгoм вcex двepeй, вxoдoв, нaчaл и кoнцoвoк. Eгo изoбpaжaли c двумя лицaми, гдe oднo cмoтpeлo впepeд, a втopoe нaзaд. Pимлянe мoгли пepeнять oбpaз из этpуccкoгo пaнтeoнa или гpeчecкoгo Гepмeca. Oт нeгo пpoизoшeл мecяц янвapь.

«Во Вселенной бывает все» – говорят астрономы, намекая на удивительные хитросплетения космических объектов. Доказывает это Янус, спутник Сатурна – он вращается вокруг планеты столь близко к Эпиметею, спутнику-соседу, что раз в четыре года меняется с ним орбитами – уникальный в Солнечной системе феномен.

Спутник относится к богатому и разномастному классу постоянных лун Сатурна – всего их насчитывается 24. Все они были более или менее хорошо изучены – за историю изучения космоса газовый гигант посетило 4 зонда. Причем один из них – «Кассини-Гюйгенс» – с 2004 года неотрывно изучает планету с ее кольцами и лунами. Из-за относительной близости Сатурна к Земле ученым удалось получить большое количество данных – даже у Януса, далеко не самой большой и примечательной луны планеты, есть фотографии в высоком разрешении.

Соответственно, знаем мы о спутнике много – а именно:
• Диаметр Януса – около 100 километров. Однако из-за неправильной формы он отличается в разных местах – линейные измерения спутника составляют 203×185×152 километров, и его очертания издали напоминают картошку.
• Масса Януса – всего 1,8×1018 килограмм, что с учетом размеров спутника выводит среднюю плотность в 0,6 г/куб.см – такая же консистенция у очень воздушного картона. Если бросить Янус в воду, он бы спокойно плавал на поверхности – и еще мог бы взять груз в 40% своей массы.
• Альбедо Януса – то есть светоотражающая способность – очень высока и равняется 70% света, который попадает на поверхность спутника. Это свидетельствует о том, что Янус состоит в основном изо льдов воды и метана, как и многие небольшие спутники газовых гигантов. Тем не менее лед куда плотнее Януса – соответственно, внутри спутника очень много пустот. Такие космические тела называются «грудой щебня». Они состоят с большого количества обломков камней, чьи неровности скрыты толщей раздробленного в пыль материала.
• Интересный факт – «грудами щебня» является большое количество малых спутников планет-гигантов, а также астероидов. Их распространение объясняется частотой столкновений и сильными гравитационными взаимодействиями, из-за которых крупные космические объекты часто распадаются на осколки. Подтверждает эту гипотезу и Янус – его состав и орбита сродни Эпиметею, спутнику-соседу, что свидетельствует об их общем предке.
• Но больше всего интересны орбитальные характеристики Януса. Вокруг Сатурна спутник обращается чуть меньше чем за 17 часов, за такое же время Янус делает оборот вокруг оси. Такое вращение называется синхронным. Этим никого не удивишь – синхронным спутником Земли является и наша Луна. Но действительно обескуражило астрономов то, что расстояние между орбитами Януса и Эпиметея, другой луны Сатурна, составляет всего 50 километров – меньше даже радиуса Януса!

Итогом такой близости стал «танец лун», подобного которому нет в Солнечной системе – когда спутники сближаются на минимальное расстояние, они меняются своими орбитами на 4 года, до следующего сближения.

Близость орбит Януса и Эпиметея серьезно утруднила жизнь астрономам. Первооткрывателем Януса считается француз Одуен Дольфюс, заметивший Янус в 1966 году и до этого предсказавший его существования по искривлениям колец Сатурна, хотя никто не знает, какой из спутников он точно открыл. Однако заслуг в астронома хватает и без того – Дюльфюст всю жизнь изучал планеты, в особенности Юпитер, Сатурн и Марс. Ради изучения последнего он поднялся с аэростатом на высоту 7 километров, где при помощи телескопа определил долю паров воды в атмосфере Марса. За свои успехи удостоился трех премий, среди которых престижная премия Парижской Академии наук.

В том же году были проведено исследование Ричарда Уокера, в ходе которого он тоже «нашел» Янус – хотя сегодня считается, что он обнаружил Эпиметей. С тех пор ученые стали испытывать необъяснимые сложности с наблюдением Януса – так как на вычисленном диапазоне орбиты попадался и Эпиметей, астрономы обнаруживали спутник каждый раз в новом месте. Хаотичность перемещения «Януса» не находила объяснений – астрономия нуждалась во втором «первооткрывателе», который внес бы ясность в ситуацию и разделил две луны.

Такими героями стали Стивен Ларсон и Джон Фаунтин, которые в 1978 году – двенадцать лет спустя открытия – доказали раздельность двух спутников Сатурна. Еще через два года зонд «Вояджер-1» прислал первый снимок Януса и Эпиметея, окончательно закрывший вопрос. С тех пор Ларсон и Фаунтин причисляются к первооткрывателям обеих лун.

К слову, история с «двойственностью» спутника до 1978 года полностью оправдывает его имя, выбранное в честь двуликого римского бога Януса. Хотя оно было официально принято лишь после подтверждения «Вояджером» в 1980, Дольфюс пророчески предложил его еще после открытия.

После «Вояджера-1», наибольший по значимости вклад в формирование научного образа Януса внес зонд «Кассини-Гюйгенс», с 2004 года занимающийся исследованиями системы Сатурна. Двойное название мотивировано тем, что во время запуска 1997 года зонд представлял собою два отдельных устройства: космический аппарат «Кассини» для орбитальных исследований и посадочный модуль «Гюйгенс», предназначенный для изучения Титана. Это наибольший спутник Сатурна, обладающий к тому же полноценной атмосферой. В 2005 году «Гюйгенс» успешно отделился, после чего оба зонда действуют самостоятельно.

Наилучший снимок Януса был получен «Кассини» в 2008 году с расстояния 169 тысяч километров. Известна также фотография, где Янус и Эпиметей находятся в процессе изменения орбит – камере зонда удалось захватить момент максимального сближения спутников с дистанции чуть меньше полумиллиона километров.

Чем еще удивляет этот спутник Сатурна? Кроме вышеперечисленных характеристик, астрономы выделяют следующее:
• Хотя и обмен орбитами Януса и Эпиметея называют танцем, «партнеры» в нем не равны – во время последней «рокировки» Эпиметей сдвинулся на 80 километров, когда Янус – всего лишь на двадцать. Это объясняется тем, что Янус в четыре раза тяжелее своего соседа.
• Еще луны играют роль спутников-пастухов острой части кольца Сатурна, удерживая материал их краев своим гравитационным воздействием. «Пастухи» часто становятся источником материала для колец, теряя его под воздействием притяжения Сатурна.
• Помимо охраны колец Сатурна, Эпиметей с Янусом удерживают еще и собственное кольцо. Оно состоит с ледяной крошки, выбитой из обеих лун метеоритами. Материала для этого более чем достаточно: на поверхности Януса были найдены кратеры с поперечником больше 30 километров.

Но линейных структур на спутнике необъяснимо мало – учитывая то, что Янус часто находится в гравитационных взаимодействиях с Эпиметеем, из-за чего последний покрыт сетью трещин. Причиной этому ученые видят большое количество пыли на Янусе, которая со временем скрывает все неровности.

Существует целая книга, посвящённая особенностям двух спутников Сатурна. Её автор – В.П. Цесевич, а носит она название "Что и как наблюдать на небе". В конце двадцатого века, а если быть конкретными – в 1997 году, американские астрофизики Лора Бэтт и Пол Девриз рассчитали траекторию движения Януса и Эпиметея. Вероятнее всего, раньше они составляли одно целое. Позже на ранней стадии формирования системы Сатурна они были разделены, но так и не смогли окончательно разлучиться. Два спутника движутся независимо друг от друга, но раз в четыре года они меняются местами.

Давайте рассмотрим подробнее, как это происходит. Спутник, находящийся на нижней орбите (то есть ближе к Сатурну), – пусть в рассматриваемом случае это будет Янус – движется быстрее и догоняет второй спутник. Когда расстояние между спутниками сокращается примерно до 15000 км, они начинают «ощущать» помимо силы притяжения Сатурна ещё и гравитационные поля друг друга. Янус притягивается к Эпиметею и смещается ближе к нему – его орбита повышается и вытягивается. При этом скорость Януса относительно Сатурна падает, даже несмотря на небольшое ускорение из-за притяжения Эпиметея. С Эпиметеем на верхней орбите происходит обратный процесс. Он переходит на нижнюю орбиту, и его орбитальная скорость увеличивается.

Во время каждой встречи спутники как бы хотят закрутиться друг вокруг друга и вращаться вокруг общего центра масс. Но их притяжения для этого недостаточно. Их моменты инерции больше сил взаимного притяжения, и, когда расстояние от спутников до планеты становится одинаковым (то есть в момент максимального обоюдного сближения), их скорости оказываются выше, чем необходимо для того, чтобы закрутиться друг вокруг друга, и по инерции Эпиметей будет продолжать двигаться на более низкую орбиту, а Янус – на более высокую.

Со снижением Эпиметей удаляется от Януса. Сила взаимного притяжения спутников ослабевает, а орбитальная скорость Эпиметея возрастает, и в конечном итоге он улетает вперед. Теперь он в роли догоняющего. При следующем обмене орбитами Янус перейдет с верхней орбиты на нижнюю, а Эпиметей, соответственно, наоборот. Любопытно, что если перейти в систему отсчета, привязанную к одному из спутников, то второй будет двигаться по хитрой орбите в форме подковы.

Благодаря такому взаимодействию точно вычисляются массы обоих тел, а также их средние плотности. Последние у спутников одинаковы и равны примерно 0,6 г/куб.см. Столь малое значение позволяет предположить, что тела состоят из рыхлого льда с большим количеством полостей и пустот. На этот факт также указывает высокая отражающая способность спутников. Их среднее альбедо равно 0,7 (то есть 70% падающего света отражается от поверхности).

Еще одна особенность движения Януса – он вытянут вдоль одной оси, и у него есть своеобразный горб. Из-за приливного трения вытянутая сторона спутника всегда направлена к Сатурну.

Кроме того, Янус, возможно, является «пастухом» внешнего края кольца А, как, например, Прометей является «пастухом» кольца F. Почему это возможно? Дело в том, что наблюдается четко выраженный орбитальный резонанс 7:6, но лишь тогда, когда Янус находится ближе к кольцам. После обмена орбитами с Эпиметеем этот резонанс становится гораздо более слабым, и его трудно выявить среди погрешностей наблюдений.