Когда Солнце зашло за кольца Сатурна в августе 2009 года, ученые «Кассини» внимательно наблюдали за ними. Это было время равноденствий — одного из двух периодов года на Сатурне, когда Солнце освещает мощную систему колец со стороны края диска. Это была уникальная возможность для ученых наблюдать кратковременные изменения в плоскости колец, раскрывающие детали их природы.
Как и у Земли, у Сатурна ось вращения наклонена к эклиптике. В течение 29-летнего года на Сатурне солнечные лучи перемещаются из северного полушария в южное и обратно. Изменение освещения вызывает изменение температуры колец, состоящих из миллиардов ледяных частиц, в зависимости от времени года Во время равноденствия, длящегося всего несколько дней, мы заметили присутствие необычных теней и волнистую структуру колец, которые, спрятавшись в тени, начал остывать.
В последнем исследовании, опубликованном в журнале Icarus, команда Кассини сообщает, что один фрагмент диска оказался теплее остальных. Более высокая, чем ожидалось, температура позволила более детально изучить внутреннюю структуру частиц, из которых состоит диск.
«Большую часть времени мы не можем проверить структуру частиц, составляющих кольца глубже 1 мм от поверхности. Но тот факт, что одна часть диска не охлаждалась, как ожидалось, позволила нам смоделировать его внутреннюю структуру. », — говорит Рюдзи Моришима из Лаборатории реактивного движения в Пасадене.
Ученые проанализировали данные, собранные композитным инфракрасным спектрометром в течение года вокруг равноденствия. Этот прибор отслеживал температуру колец по мере их охлаждения. Затем ученые сравнили собранные данные с компьютерными моделями, чтобы описать свойства кольцевых молекул.
То, что они обнаружили, вызывало недоумение. Для подавляющего большинства колец Сатурна модели правильно предсказали охлаждение диска. Однако значительный надрез — самое внешнее из основных колец, кольцо А — было намного теплее, чем предсказывали модели.
Чтобы исследовать эту особенность, Моришима и его коллеги тщательно проанализировали процессы охлаждения и нагревания молекул различного строения. Более ранние исследования, основанные на данных «Кассини», показали, что частицы ледяных колец пушистые снаружи, как свежий снег на Земле. Поверхностный реголит формируется с течением времени в результате микроскопических столкновений, которые трутся о поверхность каждой частицы. Новый анализ команды предполагает, что лучшим объяснением температуры кольца А во время равноденствий является то, что кольцо А в основном состоит из скал диаметром 1 м, состоящих из льда, покрытого тонким слоем реголита.
«Большая концентрация плотных ледяных пород в этой области колец Сатурна неожиданна», — говорит Моришима. "Молекулы, образующие кольца, обычно равномерно распределяются в масштабе около 100 миллионов лет. Таким образом, наши результаты представляют собой невероятную загадку. Они указывают на то, что центр кольца А может быть намного моложе, чем остальные кольца".