Луны Сатурна, возможно, появились в результате столкновений

Луны Сатурна, возможно, появились в результате столкновений

Александр Березин

Завтра, 19 октября, профессор Калифорнийского университета в Санта-Крусе (США) Эрик Асфауг представит на ежегодной конференции планетологической секции Американского астрономического общества в Рено (Невада, США) модель, согласно которой размерные странности сатурнианских лун имеют вполне логичное объяснение.

Учёный полагает, что система спутников Сатурна некогда была составлена из целой группы крупных тел, сравнимых с четырьмя крупнейшими лунами Юпитера (галилеевы луны). В системе Юпитера на них приходится 99,998% всей массы спутников, хотя их у этой планеты многие десятки. При этом никаких средних по размеру лун там нет вовсе.

Титан среди спутников Сатурна выглядит соответственно своему названию. А вот у галилеевых лун Юпитера (внизу) такого вопиющего неравенства нет. (Здесь и ниже иллюстрации NASA / JPL.)

«Мы думаем, что планеты-гиганты получили свои спутники так же, как Солнце получило планеты, повторяя в миниатюре процессы развития Солнечной системы и тоже пройдя через серию столкновений, — считает г-н Асфауг. — В модели системы Сатурна мы предположили, что Титан вырос в ходе пары столкновений гигантских масштабов, в результате каждого из которых массы взаимодействующих тел складывались, порождая в качестве сброса небольшое семейство лун среднего размера».

Теория логична в том, что мы уже наверняка знаем: нечто подобное случилось с Землёй. Именно в итоге таких столкновений рядом с нами возникла Луна, весьма схожая с нашей планетой по составу. Следовательно, как и в случае с Луной, среднеразмерные спутники Сатурна должны состоять из того же материала, что и Титан.

Любопытно, что модель объясняет не только появление лун «промежуточного» размера и массы, но и чрезвычайно активную геологию и орбитальную динамику «средневесов»: после серии столкновений их поверхность должна была подвергнуться мощнейшим геологическим воздействиям. А они, между прочим, долго смущали астрономов: достаточно вспомнить о пресловутой Стене Япета, кольцевом горном хребте, что опоясывает по экватору спутник Сатурна Япет. «Стена» имеет ширину и высоту до 20 км (самая высокая горная цепь в Солнечной системе) при протяжённости в 1 300 км. Немало для небесного тела с диаметром в 1 450 км, верно? А вот и другой странный момент, объясняемый новой гипотезой: орбита Титана некруговая, а её эксцентриситет равен внушительным 0,0288, да и плоскость орбиты отклонена от экватора Сатурна и плоскости колец на 0,348˚.

С другой стороны, если Титан приобрёл значительную часть всей массы в итоге слияний, то теперь отчасти можно объяснить и его плотную атмосферу, которая мало того что вчетверо плотнее земной при всемеро меньшей гравитации, так ещё и весит больше всей атмосферы Земли и в несколько раз толще (плотный газ там есть на высоте 400 км: на аналогичной высоте около Земли свободно летает МКС). Причина наличия атмосферы плотнее земной у тела с гравитацией, вдвое с лишним уступающей марсианской, где атмосфера в несколько сот раз разряженней, чем на Титане, давно волновала учёных. Но если в ходе столкновений значительная часть лёгких элементов и газов была позаимствована у лун-предшественников, в то время как нынешним среднеразмерным лунам достались лишь компоненты водного льда, то феномен атмосферы Титана до некоторой степени может стать менее загадочным.

Стена Япета и вдали (вверху), и вблизи (внизу) выглядит внушительно. Вот только что забыла высочайшая горная цепь системы на теле, которое в 40 раз легче Луны?

Согласно компьютерному моделированию, при столкновении объектов с размерами с галилеевы луны должны образоваться богатые водным льдом спиральные рукава, происходящие из внешних слоёв взаимодействующих лун. При этом гравитационная перегруппировка таких рукавов со временем должна привести к образованию объектов, сходных по размерам с нынешним сатурновскими «середнячками».

Единственное, что не слишком ясно, — когда случились столкновения. Если в конце периода формирования спутников, то это было примерно 4,5 млрд лет назад. Если же система галилеевых лун устойчиво существовала у Сатурна долгое время, а затем была разрушена близким прохождением массивного тела, то почти на миллиард лет позже. Таким массивным телом мог быть, например, газовый гигант, как в модели Ниццы, в момент «болтанки» — активного и резкого колебания орбит больших планет (с 33-й секунды видео / с 880 млн лет от образования Солнечной системы):

В целом г-н Асфауг склоняется ко второму варианту, полагая, что серию столкновений спутников Сатурна спровоцировал «мародёрский пробег» Нептуна или Урана, которые, согласно модели Ниццы, «задели» Сатурн, перемещаясь от близких к Солнцу изначальных орбит к своим нынешним.

Соответствующее исследование принято к публикации в журнале Icarus.

Подготовлено по материалам Phys.Org.