Волны в кольцах Сатурна позволяют исследовать его гигантское ядро
Что внутри газового гиганта?
Нет, правда. Внутреннее строение Юпитера и Сатурна на самом деле довольно сложно исследовать. Но уникально великолепная и обширная кольцевая система Сатурна оказалась отличным инструментом для определения плотности глубоко под его толстыми слоями облаков, вплоть до ядра.
Это ядро, согласно новому анализу «колебаний» во внутреннем главном кольце Сатурна, вероятно, не является плотным шаром из никеля и железа, а «нечеткой» областью, состоящей в основном из водорода и гелия.
Это открытие, опубликованное в журнале Nature Astronomy, похоже на недавние открытия о недрах Юпитера, основанные на данных Juno, и может изменить наши предположения о ранней структуре и истории формирования Сатурна.
«Водород и гелий на планете постепенно смешиваются с все большим и большим количеством льда и камней по мере того, как вы приближаетесь к центру планеты. Это немного похоже на части океанов Земли, где соленость увеличивается по мере того, как вы переходите на все более и более глубокие уровни», — сказал планетолог и ведущий автор исследования Кристофер Манькович из Калифорнийского технологического института.
Как мы можем узнать это по кольцам Сатурна? Все связано с тем, как вибрации планеты влияют на внешнее гравитационное поле.
«Мы использовали кольца Сатурна как гигантский сейсмограф для измерения колебаний внутри планеты», — сказал соавтор и астрофизик Калифорнийского технологического института Джим Фуллер. «Это впервые, когда мы смогли сейсмически исследовать структуру газовой планеты-гиганта, и результаты оказались довольно неожиданными».
Акустические волны и колебания внутри космических тел — прекрасный инструмент для исследования их внутренней структуры.
Мы делаем это здесь, на Земле, где землетрясения посылают похожие волны на нашу планету; То, как эти волны подпрыгивают там, может показывать различную плотность, что позволяет нам идентифицировать структуры, которые мы никогда не могли бы надеяться увидеть.
На Солнце и других звездах внутренние акустические волны проявляются в виде колебаний яркости.
Сатурн не место для сейсмометра, и он не подвержен колебаниям яркости, но несколько лет назад ученые заметили характерные узоры в С-кольце Сатурна, самом внутреннем из его главных колец.
Они пришли к выводу, что они вызванными колебаниями глубоко внутри планеты, которые влияют на гравитационное поле.
Так возникла область кроносейсмологии: изучение внутренней части Сатурна путем анализа этих волн в кольце C.
Теперь команда Калифорнийского технологического института провела новый анализ ранее охарактеризованной внутренней кольцевой волны С, частота которой была намного ниже, чем ожидалось от установленной внутренней модели Сатурна. Они обнаружили, что этот частотный паттерн накладывает новые строгие ограничения на внутреннее строение Сатурна.
«Наши модели накладывают жесткие ограничения на массу и размер ядра Сатурна, состоящего из тяжелых элементов, хотя разреженная природа этого ядра требует более детального описания, чем в традиционных слоистых моделях», — пишут они в своей статье.
Основываясь на этих ограничениях, они пришли к выводу, что масса ядра примерно в 55 раз больше массы Земли, и в нем содержатся камни и лед на 17 масс Земли.
Остальные будут преимущественно водородом и гелием; все это диффузное и постепенно смешанное, а не строго очерченное расслоение с более плотной концентрацией тяжелых элементов в самом центре.
Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.
