Учёные из Юго-Западного исследовательского института (SwRI) провели исследование Титана, крупнейшего спутника Сатурна, с целью оценки скорости его приливной диссипации – энергии, которую теряет спутник во время обращения вокруг планеты с её мощным гравитационным полем. Понимание процесса приливной диссипации позволяет учёным делать выводы о многих других характеристиках Титана, включая состав его ядра и историю орбитального движения.
Доктор Бринна Дауни, ведущий автор исследования, поясняет: «Большинство людей, думая о приливах, представляют движение океанов под влиянием Луны. Но это лишь потому, что вода движется свободнее всего остального. Когда Луна проходит над нами, горные породы тоже реагируют, просто менее заметно. Это небольшое гравитационное воздействие Луны и есть то, что мы называем приливной диссипацией».
Для измерения приливной диссипации на Луне учёные используют лазеры, направляя их с Земли на зеркала, размещённые на лунной поверхности. Это позволяет точно измерять малейшие движения. Поскольку такой метод невозможно применить к Титану, исследователи разработали способ определения скорости диссипации на основе разницы между фактическим вращением оси Титана и ожидаемым вращением при отсутствии приливных сил.
«Приливная диссипация в спутниках влияет на их орбитальную и вращательную эволюцию, а также на их способность поддерживать подповерхностные океаны. Теперь, когда у нас есть оценка силы приливов на Титане, мы смогли понять, как быстро меняется его орбита. Мы обнаружили, что она меняется очень быстро в геологическом масштабе времени», – отмечает Дауни.
Дауни и её соавтор, доктор Фрэнсис Ниммо из Калифорнийского университета, предположили, что угол ориентации оси вращения Титана может быть обусловлен только трением, и разработали метод связи этого угла с параметром приливного трения. Таким образом, учёным удалось сделать выводы об истории Титана на основе его текущего состояния вращения. Дауни надеется, что этот метод можно будет применить и к другим спутникам в ходе будущих космических миссий, например, к Европе и Ганимеду – спутникам Юпитера.
Трение приводит к тому, что орбита Титана постепенно становится круговой. При текущей скорости изменения орбиты Титан должен был бы приобрести круговую орбиту примерно за 350 миллионов лет. Тот факт, что орбита Титана сейчас некруговая или эксцентричная, указывает на то, что в течение последних 350 миллионов лет произошло какое-то событие, нарушившее его орбиту.
«Любое количество факторов, таких как столкновение или потеря древнего спутника, могло повлиять на орбиту и сделать её эксцентричной. Наши выводы не зависят от природы этого события, а другие исследователи предложили несколько вариантов. Главный вывод заключается в том, что что-то нарушило орбиту Титана в течение последних 350 миллионов лет, что относительно недавно для истории Солнечной системы. Мы наблюдаем момент времени между этим событием и точкой, когда орбита снова станет круговой», – поясняет Дауни.
Это исследование открывает новые перспективы в изучении динамики спутников планет и может помочь в понимании эволюции других небесных тел в Солнечной системе.