Кольца Сатурна весьма изящны, но объяснить их происхождение очень непросто. Планетологи выдвинули новую гипотезу об их происхождении, пишет журнал Science.
В соответствии с ней, около 160 миллионов лет назад, ледяной спутник Сатурна был разорван на части, когда его орбита слишком близко подошла к планете. Превратившийся в состоящие из обломков льда кольца бывший спутник газового гиганта планетологи назвали Кризалис.
Кстати, гипотеза о развалившемся естественном спутнике помогает объяснить эволюцию странно наклоненной оси вращения Сатурна.
Люк Донес, специалист по планетарной динамике из Юго-Западного научно-исследовательского института, говорит, что теоретическое построение действительно умное, но с одной оговоркой: “Я не знаю, как вы будете проверять эту идею”.
Ученые давно спорят о том, существуют ли кольца Сатурна так же долго, как и Солнечная система, то есть, миллиарды лет, или же, возможно, всего 100 миллионов лет или около того.
Данные космического зонда NASA “Кассини”, который закончил работу в 2017 году, после того как прошел промежуток между кольцами и верхними слоями облаков Сатурна, убедительно доказывают молодую точку зрения.
Но объяснение того, что вообще создало кольца, оставалось сложной задачей — особенно на таком позднем этапе истории Солнечной системы, когда вероятность того, что большая комета заденет планету или разрушит ее спутник, была мала.
Первоначально Уиздом и его коллеги сосредоточились на другой странности Сатурна: удивительно большом наклоне его оси вращения — 27°.
Потребовалось бы столкновение с чем-то большим, таким, как Уран, чтобы сбить ось вращения Сатурна так сильно, говорит Уиздом.
Вместо этого Уиздом и его коллеги считают, что Сатурн приобрел свой наклон из-за своеобразной синхронности: прецессия оси вращения Сатурна — то, как он качается, как волчок в определенном ритме, — подозрительно совпадает с прецессией оси вращения Нептуна.
Если бы Сатурн и Нептун оказались в ловушке этого резонанса, наклон Сатурна был бы “отчасти уязвимым для других сил, которые могли бы заставить его наклониться”, — говорит Рола Дбук, аспирант Массачусетского технологического института в области планетологии.
В 2020 году ученые с помощью “Кассини” обнаружили, что, причина необычного наклона оси Сатурна — внешний раздражитель.
Таким мог стать Титан, самый большой спутник Сатурна. Он мигрирует от Сатурна на 11 сантиметров в год. В исследовании, опубликованном в журнале Science, исследователи Дбук, Уиздом и их коллеги показывают, как миграция Титана в сочетании с резонансом Сатурн-Нептун могла увеличить наклон Сатурна в течение 1 миллиарда лет.
Работа также дала потенциальное объяснение происхождения колец Сатурна. Используя измерения гравитационных полей Сатурна, полученные “Кассини”, исследователи уточнили расчеты колебания оси вращения Сатурна и обнаружили, что она больше не синхронизирована с Нептуном. “Что-то выбило их из резонанса”, — говорит Дбук.
Когда ученые добавили в модель еще одну луну размером с Япет, третий по величине спутник Сатурна, все стало яснее.
Они обнаружили, что этот гипотетический спутник мог бы обеспечить необходимый толчок к резонансу, если бы был внезапно сбит со своей орбиты из-за хаотических взаимодействий с соседями около 160 миллионов лет назад.
Всего команда провела 390 симуляций этого события. В некоторых случаях потерянная луна сталкивалась с Титаном или Япетом; в других он был полностью выброшен из системы Сатурна. Но в 17 симуляциях луна задевала Сатурн, где она могла быть разорвана гравитационными силами, в конечном итоге превратившись во всем известные кольца.
У Сатурна известно 83 естественных спутника с подтверждённой орбитой; это наибольшее число открытых спутников среди всех планет Солнечной системы. Если гипотеза исследователей верна, значит был и 84-й, который впоследствии стал изящными кольцами второй по величине планеты Солнечной системы.