Большая тайна колец Сатурна

Большая тайна колец Сатурна

NASA / JPL-CALTECH / SPACE SCIENCE INSTITUTE

Сатурн смущал ученых еще со времен Галилея, который выяснил, что планета «не одна», как он выразился. «Я не знаю, что сказать в таком удивительном, столь неожиданном и столь новом случае», - писал он. Тогда он этого не осознавал, но он видел кольца планеты, космический венок изо льда.

С Земли кольца выглядят прочными, но вблизи они представляют собой полупрозрачные полосы, состоящие из бесчисленных частиц, в основном льда. Некоторые не больше, чем крупица сахара, другие – огромные, как горы. Они движутся по кругу, удерживаясь на месте балансом между гравитацией Сатурна и их орбитальной скоростью.

Ученые попытались исследовать планету, используя космический корабль НАСА под названием Cassini. Cassini 13 лет кружился вокруг Сатурна, пока в сентябре 2017 года не кончилось топливо. Инженеры погрузили Cassini в планету, уничтожив его. Ученые все еще исследуют данные последних моментов, надеясь получить ответы на многие вопросы о Сатурне.

Последние результаты, опубликованные в четверг в Science, дают ответ на основной, но удивительно сложный вопрос: сколько материала на самом деле находится в этих завораживающих кольцах? Оценки массы колец сильно варьировались в течение десятилетий. Даже Кассини, расположенный на орбите Сатурна, не мог дать точные измерения.

Большую часть своей жизни орбита Кассини находилась вне Сатурна и его колец. «Вы получили общую массу Сатурна и кольца, и не было никакого способа отделить их», - говорит Линда Спилкер, ведущий ученый миссии Cassini, которая не участвовала в последних исследованиях. «Это был наш первый шанс».

В своих последних маневрах Кассини летал между кольцами Сатурна. Космический корабль сбивала гравитация, а также мощные ветра, исходящие из глубины атмосферы планеты. Ученые использовали данные, полученные в результате этих воздействий, чтобы рассчитать массу колец. Они говорят, что масса составляет около 40 процентов от массы Мимаса, луны Сатурна.

«Это наиболее точное измерение колец Сатурна», - говорит Бонни Буратти, ученый-планетолог из Лаборатории реактивного движения НАСА, которая работала над миссией Кассини, но не участвовала в исследовании. «Пределы погрешности довольно большие - неопределенность составляет около 25%, почти 30% - но это намного точнее, чем раньше».

Новый результат помогает ответить на другой вопрос, который озадачил ученых: сколько лет кольцам? На протяжении десятилетий научное сообщество было разделено на два лагеря. Кто-то считал, что кольцевая система образовалась вместе с Сатурном 4,6 миллиардов лет назад, когда солнечная система возникла из облаков пыли, оставшихся после огненного рождения Солнца. Другие предполагали, что кольца были молодой особенностью, сформированной только 100 миллионов лет назад, когда динозавры ходили по Земле.

Последние исследования подтверждают вариант более позднего происхождения. Согласно существующим моделям, чем массивнее кольца, тем старше они должны быть, и наоборот. Новое исследование показывает, что кольца менее массивны, чем предполагали ученые, а значит, они также моложе. Авторы исследования говорят, что их новая оценка в сочетании с предыдущими исследованиями предполагает, что возраст колец составляет от 10 до 100 миллионов лет.

Другие анализы, учитывающие погрешности в данных Кассини, показывают, что возраст некоторых частей кольцевой системы может составлять 1,5 миллиарда лет.

Тем не менее, большинство ученых теперь согласны с тем, что кольца не образовались рядом с Сатурном. Это приводит нас к еще одному нерешенному вопросу: откуда взялись кольца? История изначального происхождения была бы очень удобной: молодая солнечная система была хаотическим беспорядком летящих обломков, и Сатурн мог бы вывести часть этого на устойчивую орбиту.

Ученые теперь подозревают, что кольца - это фрагменты другого космического объекта. Луна, комета или астероид, должно быть, заблудились у планеты. Объект, попавший в ловушку между двумя гравитационными силами - одна тянет к Сатурну, а другая отталкивает - разбился на осколки. Со временем кусочки расплющились в тонкий диск. «Это как кладбище, разбросанное по всей планете», - говорит Джеймс О'Донохью, ученый из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА, который изучает систему Сатурна.

Чтобы исследовать происхождение колец, ученые могли бы использовать другого Кассини. «Если бы деньги не были проблемой - а это большая проблема- вы могли бы отправить туда зонд и взять образец колец», - сказал О'Донохью.

Молодой возраст колец поднимает еще один вопрос, сказал Спилкер. «Были ли другие кольцевые системы, возможно, которые были старше, а потом просто со временем медленно исчезли?» - спросила она. Если это верно, то, то что мы видим сейчас, может быть только последним в серии кольцевых систем, самой последней жертвой огромного притяжения Сатурна.

Какими бы величественными и вечными они сейчас ни казались, кольца Сатурна постоянно теряют свои частицы. Солнечный свет и другие космические воздействия могут превращать ледяные осколки в электрически заряженные частицы. В своем новом состоянии частицы, менее способные сопротивляться притяжению Сатурна, попадают в его атмосферу, где испаряются, «поливая» планету водой. Согласно исследованию О'Донохью, этот процесс каждую секунду сбрасывает на Сатурн до 4 400 фунтов воды. Он предсказывает, что кольца исчезнут через 300 миллионов лет.

Если мысль о том, что Сатурн теряет свою особенность, разочаровывает, то подумайте, что есть и другие. Не только Юпитер, Уран и Нептун, у которых есть очень тонкие кольца, хотя они и бледнеют по сравнению с величием колец Сатурна. Если есть что-то, чему нас научило изучение экзопланет, планет за пределами нашей солнечной системы, то это то, что наши планеты не особенные. Буратти убежден, что когда-нибудь, с помощью достаточно мощной технологии телескопа, мы разглядим изгибы колец вокруг далекой планеты в другой солнечной системе. Есть другие Земли, другие Юпитеры, другие Нептуны, рог изобилия скалистых и газообразных планет, простирающихся через космос. Конечно, должны быть и другие Сатурны.