Ученые проследили длинную цепочку событий, вызвавших необычный наклон оси вращения Сатурна и в конечном итоге приведших к образованию эффектной кольцевой системы газового гиганта.
Сатурн может похвастаться самой большой и впечатляющей системой колец во всей Солнечной системе. Их происхождение и возраст до сих пор точно не известны. По одной из гипотез, кольцам несколько миллиардов лет, как и планетам около Солнца, и они возникли из одного и того же протопланетного облака. Другие считают, что кольца Сатурна — это остатки луны, которая распалась, когда на Земле был расцвет эпохи динозавров. Однако большинство данных указывают на второй вариант. Это подтверждает и новое исследование астрофизиков из Массачусетского технологического института (MIT), статья которого опубликована в журнале "Science".
Работа Джека Уиздома и его коллег началась с еще одной необычной особенности Сатурна. Ось вращения этой планеты на 27° отклонена от перпендикуляра к плоскости ее орбиты. Известно, что планеты образуются из облака газа и пыли, вращающегося вокруг молодой звезды, и сохраняют основные параметры движения облака. Отклонение оси вращения, как и у Земли, почти всегда является результатом столкновения. Но ни тело, достаточно массивное, чтобы опрокинуть огромный Сатурн, ни какие-либо его остатки неизвестны.
Поэтому считается, что наклон Сатурна обусловлен уникальными отношениями с его соседом Нептуном. Ось Сатурна прецессирует, слегка отклоняясь в сторону, и эти колебания совпадают с прецессией орбиты Нептуна. Их усиливает медленная миграция Титана, крупнейшего из спутников Сатурна, который постепенно удаляется от газового гиганта примерно на 11 см в год. Работа Джека Уиздома и его коллег основана на этих гипотезах. Ученые использовали результаты измерений гравитационного поля Сатурна, сделанных зондом «Кассини». Однако при точной настройке параметров вращения планеты выяснилось, что прецессия ее оси уже не так точно «синхронизируется» с Нептуном, как будто ее разбалансирует какое-то внешнее воздействие.
Астрономы провели серию симуляций, пробуя различные сценарии, связанные с миграцией больших спутников Сатурна. Картина сложилась только тогда, когда к известным спутникам планеты добавился еще один. Моделирование показало, что гипотетический объект (авторы назвали его Хризалидой) мог располагаться между орбитами Титана и Япета, третьего по величине спутника Сатурна, и иметь примерно такую же массу, как Япет. Около 100-200 миллионов лет назад хаотическое гравитационное взаимодействие между многими спутниками выбросило Хризалиду с орбиты. Это вывело Сатурн из резонанса с Нептуном и заставило Титан мигрировать дальше.
Ученые моделировали эти события 390 раз, получая разные возможные сценарии. В одних из них Хризалида сталкивается с Титаном или Япетом, в других выбрасывается из системы Сатурна. Но в некоторых случаях спутник быстро падает на планету и разрывается приливными силами в ее мощном гравитационном поле, а остатки луны превращаются в кольца. К сожалению, есть что-то сбивающее с толку в этой красивой и логичной последовательности событий: астрономы получили такой результат только в 17 прогонах моделирования из 390. Остается только гадать, развивались ли реальные события по одному из этих вариантов.
