Потерянная Луна может, наконец, разгадать странную тайну Сатурна и его колец

Из всех колец Солнечной системы кольца Сатурна, бесспорно, самые впечатляющие.

В отличие от тонких колец пыли и камня, окружающих Юпитер, Уран, Нептун и даже карликовую планету пояса Койпера, названную Хаумеа, разноцветная кольцевая система Сатурна — великолепно обширная вещь. Усеянная крошечными лунами, формирующими ее края, она представляет собой сложную структуру, каждое из семи колец которой движется с разной скоростью.

Интересно, что тот самый диск, которым славится Сатурн, кажется поразительно молодым. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что системе колец всего 100 миллионов лет, плюс-минус (и дополнительные данные свидетельствуют о том, что они исчезнут менее чем через 100 миллионов лет).

Почему кольца появились так много времени спустя остальную часть сформированной Солнечной системы сложно объяснить, что заставило некоторых ученых усомниться в правильности интерпретации этих данных.

Теперь, как побочный продукт исследования некоторых других особенности, команда придумала правдоподобный ответ. Если кольца Сатурна состоят из измельченной луны, это может объяснить не только недавнее приобретение пыльных дисков, но и две другие странные особенности окруженной кольцами планеты: ее осевой наклон и странную, быстро расширяющуюся орбиту ее крупнейшего спутника Титана.

Каждая планета Солнечной системы имеет осевой наклон, который представляет собой угол между осью вращения и плоскостью орбиты. У всех тоже бывает по разному. Сатурн показывает 26,7 градуса, что аналогично наклону Земли, Марса и Нептуна. Однако наклон газового гиганта становится все более экстремальным, что ученые связывают с внешней миграцией Титана.

Согласно предыдущим исследованиям, цепочка гравитационных взаимодействий от Сатурна до Титана и Нептуна оказала значительное влияние на наклон окружённого мира. Скорость, с которой Сатурн колеблется вокруг своей оси вращения (вращательная прецессия), очень близка к скорости, с которой колеблется вся орбита Нептуна (орбитальная прецессия). исследование показало, что, в отличие от более ранних исследований, эти гравитационные ступени должны были соединиться относительно недавно, учитывая, что Титан слишком быстро мигрирует от Сатурна, чтобы они могли возникнуть в ранней Солнечной системе.

Новое Однако работа группы под руководством астронома Джека Уиздома из Массачусетского технологического института обнаружила нечто странное. Они использовали гравитационные данные космического корабля НАСА «Кассини» и модель внутренней структуры планеты, чтобы увидеть, находится ли Сатурн все еще в резонансе с Нептуном. Ответ? Не совсем.

Это было любопытно, поэтому они копнули глубже, чтобы попытаться выяснить, почему. Если бы орбита Титана сначала мигрировала наружу, как ожидалось, а затем неожиданно изменилась, это могло бы втянуть Сатурн внутрь и вытолкнуть его обратно из резонанса, что привело бы к нынешнему не совсем резонансу с Нептуном.

Следующий шаг было бы выяснить, что могло так резко изменить орбиту Титана. Что ж, мы знаем, что у Сатурна чертовски много спутников.

В настоящее время, при подсчете 82 (включая некоторые еще не подтвержденные), у него самое большое известное количество спутников в Солнечная система. Если бы у Сатурна был дополнительный спутник, который стал дестабилизированным, это могло бы изменить прецессию планеты и помочь ей избежать резонанса с Нептуном.

Команда провела сотни симуляций Сатурна с немного разными начальными условиями. системе, включая эту гипотетическую луну по имени Кризалис. И они обнаружили, что этот сценарий четко объясняет все — наклон оси, орбиту Титана и даже детские кольца Сатурна.

В частности, сценарий предполагает, что присутствие Кризалис могло вызвать наклон Сатурна в другую сторону. в большей степени, чем мы видим сейчас, около 36 градусов, благодаря резонансу с Нептуном. В это время у него должно было произойти гравитационное взаимодействие с Титаном.

Затем, около 160 миллионов лет назад, орбита Кризалис дестабилизировалась. Это привело к тому, что он слишком близко отклонился от Сатурна, чья гравитация разорвала луну на части.

По оценкам исследователей, около 99 процентов Хризалис в конечном итоге врезались в Сатурн. , но на орбите осталось достаточно материала, чтобы образовать кольца планеты.

Если бы луна была ледяной, как некоторые луны Солнечной системы, это могло бы привести к наблюдаемому изобилию льда в Кольца Сатурна сегодня.

Это жестокое столкновение также могло вывести Сатурн из резонанса, уменьшив его осевой наклон. Однако из 390 симуляций только 17 дали условия, при которых сформировались кольца Сатурна.

Итак, как объясняет астроном Корнельского университета Мариам Эль Мутамид в комментарии к новому исследованию, в то время как разрушение Кризалиса возможно и правдоподобно, хотя, вероятно, это было редкое, единичное происшествие. Мы вряд ли увидим еще одно такое событие в ближайшее время.

«Мы предполагаем, — пишут исследователи в своей статье, — что у Сатурна когда-то был дополнительный спутник, Кризалис; что система ранее находилась в спин-орбитальный прецессионный резонанс с Нептуном; что наклон Сатурна увеличился по мере изменения скорости прецессии из-за миграции Титана; что он избежал прецессионного резонанса из-за нестабильности орбиты Кризалис; и что близкое столкновение этого гипотетического спутника с Сатурн привел к формированию его колец».

«Это довольно хорошая история, – говорит Уиздом, – но, как и любой другой результат, ее должны будут изучить другие».

Тем не менее, он объясняет вещи, которые до сих пор было сложно понять. Будущие исследования удивительно сложной системы Сатурна и других систем с кольцами могут помочь определить скорость, с которой ожидаются такие события, как разрушение Кризалис.

Исследование опубликовано в журнале Science. .