Колебания внутри Сатурна заставляют газового гиганта немного двигаться. Эти движения, в свою очередь, вызывают волны в кольцах планеты, которые предоставляют новую информацию о ее ядре. Согласно новому исследованию, ядро Сатурна в 55 раз массивнее Земли.
Открытия двух астрономов Калифорнийского технологического института предполагают, что ядро Сатурна - это не твердый шар из камня, как предполагали некоторые более ранние теории, а рассеянная смесь льда, горных пород и металлических жидкостей. Новый анализ также показал, что ядро составляет 60 процентов диаметра планеты, что делает его намного больше, чем предполагалось ранее.
Исследование было принято к публикации в журнале Nature Astronomy (DOI: 10.1038/s41550-021-01448-3), и ученые использовали данные, собранные космическим аппаратом "Кассини", который вращался вокруг Сатурна в течение 13 лет, прежде чем сгорел в его атмосфере в 2017 году.
Основная структура Сатурна
Мы использовали кольца Сатурна как гигантский сейсмограф для измерения колебаний внутри планеты, - говорит соавтор Джим Фуллер из Калифорнийского технологического института.
Впервые нам удалось сейсмически исследовать структуру газового гиганта, и результаты оказались довольно неожиданными, - добавляет ведущий автор исследования Кристофер Манькович, который ежедневно работает с Фуллером.
Детальный анализ волнообразных колец Сатурна - очень элегантная форма сейсмологии, позволяющая вывести характеристики ядра планеты, - говорит Дженнифер Джексон из Калифорнийского технологического института, которая не участвовала в исследовании, но ее научный интерес сосредоточен на использовании различных типов сейсмических наблюдений, чтобы понять состав ядра Земли и потенциально обнаружить будущие сейсмические события.
Полученные данные позволяют по-новому взглянуть на ядро Сатурна и согласуются с недавними наблюдениями космического аппарата Juno по изучению Юпитера. Данные, собранные Juno, указывают на то, что у Юпитера также может быть аналогичное неоднородное ядро.
Кольца служат сейсмографом
Ядра гиганта могут выглядеть как слизь, - объясняет Манькович. - Водород и гелий постепенно смешиваются со все большим и большим количеством льда и камней по мере приближения к ядру планеты. Это немного похоже на наши земные океаны, где соленость увеличивается по мере того, как вы погружаетесь все глубже и глубже, создавая стабильную конфигурацию, - добавил он.
Идея о том, что колебания Сатурна могут создавать волны в его кольцах, и что кольца, таким обрзом, можно использовать в качестве сейсмографа для изучения внутренней части Сатурна, впервые появилась в исследованиях, проведенных в начале 1990-х годов Марком Марли и Кэролайн Порко. Первое наблюдение этого явления было сделано Мэттом Хедманом и П.Д. Николсоном в 2013 году на основе данных, собранных зондом "Кассини". Астрономы обнаружили, что С-кольцо Сатурна содержит множество спиральных узоров, вызванных колебаниями гравитационного поля газового гиганта, и что эти узоры отличаются от других кольцевых волн из-за гравитационного взаимодействия с лунами планеты. Теперь Манькович и Фуллер проанализировали волновую картину в кольцах, чтобы построить новые модели структуры ядра Сатурна.
Изображение Сатурн всегда трясется, но он это скрывает. Поверхность планеты передвигается примерно на метр каждые 1-2 часа, как озеро с рябью. Как говорит Манькович, кольца, как сейсмограф, улавливают гравитационные возмущения, и кольцевые молекулы начинают двигаться.
Ядро Сатурна в 55 раз массивнее Земли
Ученые говорят, что наблюдаемые волны указывают на то, что глубокие недра Сатурна, возможно, напоминающие «суп» в целом, состоят из стабильных слоев, которые образовались после того, как более тяжелые материалы погрузились во внутреннюю часть планеты и перестали смешиваться с более легкими материалами над ними.
Чтобы гравитационное поле планеты могло колебаться на этих частотах, внутреннее пространство должно быть стабильным, а это возможно только в том случае, если концентрация льда и горных пород постепенно увеличивается по мере приближения к ядру планеты, - говорит Фуллер.
Их результаты также показывают, что ядро Сатурна в 55 раз массивнее Земли в целом, из которых 17 масс Земли представляют собой лед и горные породы, а остальные - жидкий водород и гелий.
Кристофер и Джим смогли показать, что одна особенность кольца может служить убедительным доказательством того, что ядро Сатурна чрезвычайно рассеяно. Я с нетерпением жду возможности подумать, что все другие кольцевые характеристики, созданные Сатурном, могут рассказать нам об этой планете, - отмечает Хедман, который не принимал участия в исследовании.
Кроме того, полученные данные бросают вызов существующим моделям образования газовых гигантов, которые предполагают, что сначала формируются твердые ядра, а затем притягиваются большие газовые оболочки. Исследования показывают, что если ядра этих планет действительно представляют собой неоднородную смесь, то эти планеты могут притягивать газ на более ранней стадии своего формирования.
Источник: Калифорнийский технологический институт
