Сатурн - странный астрономический объект. Чем больше мы находим ответов по поводу него, тем больше у нас вопросов возникает вновь. Сатурн знают все - и все благодаря его кольцам. Удивительно, но несмотря на то, что они являются наиболее очевидной и знаковой особенностью планеты, мы не знаем ответов на два основных вопроса о них: сколько им лет и как они образовались?
Но теперь, используя данные со спутника Кассини (Cassini), ученые определили важный факт о кольцах: они молодые, намного моложе планеты. Хотя Сатурн образовался примерно 4,5 миллиарда лет назад, кольцам, вероятно, не больше 100 миллионов лет.
Это связано с массой колец и количеством вещества в них. Короче говоря, чем массивнее кольца - тем они старше (т.е. чем легче - тем моложе). Это связано в основном с их эрозией - пространство ведь не пустое; вокруг пыль и другие мелкие частицы, и их не много, но достаточно, чтобы в течение длительного периода времени они могли оказывать влияние на разрушение колец. Когда эти микрометеориты попадают в кольца Сатурна, они разрушают частицы водяного льда, которые составляют кольца. Со временем кольца "изнашиваются", и более мелкие частицы втягиваются в Сатурн с помощью различных сил (гравитации и магнетизма). Через какое-то время, они исчезнут полностью.
У нас есть довольно хорошее представление о том, сколько этого пескоструйного материала находится в космосе, поэтому мы знаем, как быстро разрушаются кольца. Если мы можем определить массу колец, мы можем работать с ними в обратном направлении, чтобы получить оценку возраста для них. Получить массу кольца сложно. Но не невозможно. Один из способов получить массу объекта - отправить к нему спутник. На траекторию и скорость космического корабля влияет сила тяжести объекта, которая зависит от его массы. Если вы можете измерить эту скорость с достаточной точностью, вы можете получить массу объекта. Кассини вращался вокруг Сатурна в течение 13 лет, и его скорость могла быть измерена с невероятной точностью, до долей миллиметра в секунду. Однако до конца миссии его орбита всегда находилась вне главных колец, и это делало невозможным "распутывание" массы колец с планеты (мы могли узнавать только сумму масс колец и планеты, а не отдельных элементов).
Но затем подошел конец миссии (Кассини исчерпал срок эксплуатации и должен был сгореть в атмосфере планеты - "смерть" произошла в сентябре 2017-го года. В последнем этапе жизни спутника (Grand Finale), его 22 "погрузили" в атмосферу Сатурна, что было намного ниже высоты колец. Это сделало возможным измерение их массы.
Сатурн имеет много вещей, которые влияют на его гравитационное поле. Большинство из них достаточно легко исправить (например, тот факт, что Сатурн не сферический; его быстрое вращение делает его заметно шире в экваторе, чем в полюсах). Но его внутренняя сторона также влияет на это. Если у вас есть слой газа, вращающийся вокруг Сатурна быстрее, чем слой выше или ниже его, это меняет распределение массы, что, в свою очередь, меняет форму гравитационного поля.
Ученые, изучающие данные Кассини, обнаружили, что именно такой слой находится глубоко внутри атмосферы Сатурна. На глубине около 9000 километров простирается огромный слой газа, который не течет так же, как большая часть атмосферы вокруг него. Делая некоторые относительно простые предположения о том, как ведет себя этот газ, они могут соответствовать наблюдаемым данным Кассини.
И благодаря этому они смогли объяснить гравитацию Сатурна, и выяснить гравитацию из колец и, следовательно, их массу.
Они обнаружили, что масса колец Сатурна составляет 1,54 ± 0,49 х 1019 кг - около 1,5 квадриллиона тонн. Это примерно 40% массы луны Сатурна Мимас, ширина которой составляет около 400 км.
Это довольно мало для такой вещи, как кольца, длина которых составляет 300 000 км! Такая небольшая масса доказывает, что они должны быть молодыми. Учитывая скорость эрозии, ученые обнаружили, что им где-то от 10 до 100 миллионов лет.
Различные наблюдения колец от Кассини показывают, что при нынешнем уровне потерь у колец остается только около 100 миллионов лет, прежде чем они исчезнут. Другими словами, из всей продолжительности жизни Солнечной системы нам очень повезло увидеть Сатурн с кольцами вообще! Если бы у юрских динозавров были телескопы, они бы увидели Сатурна совершенно голым - кольца тогда еще не существовали!
Теперь, когда мы знаем, что они не образовались с планетой, интересно подумать о том, что их создало. Тот факт, что они почти полностью состоят из водяного льда, является огромной подсказкой. Возможно, Сатурн захватил случайный ледяной объект из внешней солнечной системы, гигантскую комету или кентавра (группа астероидов, находящихся между орбитами Юпитера и Нептуна, переходная по свойствам между астероидами Главного Пояса и объектами Пояса Койпера ©Википедия), который затем был разорван на части гравитацией Сатурна. Также возможно, что они образовались в результате столкновения двух лун, разбитых при ударе, которые затем распространились, образуя кольца.
Механизм образования колец - очень интересный вопрос, на который мы можем ответить намного точнее, зная массу кольца.
Пожалуй, мы разгадали самую главную загадку Сатурна - планеты, которая влечет своей красотой, которая заставила меня полюбить астрономию..
Спасибо за прочтение данной статьи! Оценивайте ее, задавайте вопросы в комментариях, спасибо!
Вселенная Айлашкерского - исследуем Вселенную вместе!
Читайте также:
Почему больше никто не летает на Луну?
Как создать черную дыру дома?
Почему на фото миссий Аполлон не видно звезд?
Источники:
1: https://nplus1.ru/news/2017/10/12/cassini-last-minutes
2: https://solarsystem.nasa.gov/missions/cassini/galleries/images/?page=0&per_page=25&order=created_at+desc&search=&tags=cassini&condition_1=1%3Ais_in_resource_list&category=51
3: https://www.syfy.com/syfywire/how-long-is-a-day-on-saturn
