В астрономии немало загадок. Кольца Сатурна таят, как минимум, три из них. На центральном кольце появляются и пропадают пятна и полосы. Откуда взялись эти пятна? Откуда взялись эти кольца? Почему кольца имеют стабильную структуру, а пятна нет? Ученые не нашли ответов на эти вопросы. Впрочем, предлагаем ознакомиться со спектром обоснованных мнений на этот счет и составить свое мнение с опорой на научные данные.
Загадка происхождения колец
Системой колец в Солнечной системе обладают как газовые гиганты: Юпитер, Сатурн, так и ледяные гиганты: Уран и Нептун. Кольца есть у карликовых планет: Хаумеи и Квавара, у астероидов: Харикло и Хирона и даже, предположительно, у спутника Сатурна - Реи. Однако, только Сатурн обладает такой роскошной системой колец - 250 000 км в диаметре при толщине от 10 метров до 1 километра. Хотели бы астрономы раскрыть тайну происхождения системы колец Сатурна, однако, пока они этого не сделали.
Версия формирования из протопланетного вещества
Кольца Сатурна могут быть первобытными - возможно они сформировались вместе с планетой более четырех миллиардов лет назад, а может быть и раньше. В 2019 году в журнале Science была опубликована статья, подводящая итог 13 лет наблюдений за кольцами Сатурна, произведенными космическим зондом Кассини. В ней ученые убедительно доказывают возможность формирования колец и спутников из того же материала, из которого образовалась и планета. Получается, кольца могли получить свой статус, когда Сатурн еще только созревал.
Импактная версия происхождения
Кольца могли сформироваться в результате массивного столкновения между двумя ледяными спутниками Сатурна, относительно недавно по космическим меркам: порядка 250 миллионов лет назад. Динозавры могли бы наблюдать этот процесс, если бы интересовались астрономией. Обломки, которые не попали в кольца, скорее всего, сформировали некоторые из ледяных спутников. В 2023 году физики NASA опубликовали исследование, созданное с использованием моделирования при помощи английского суперкомпьютера "ДиРАК". Ученые смоделировали столкновение и формирование колец почти 200 различными способами. Этот сценарий объясняет ледяной состав колец. Когда луны-прародители врезались друг в друга каменные ядра разбросало не так широко, как лед вокруг них.
Загадка стабильности колец
При любой версии происхождения возникает вопрос: а почему этот процесс не продолжился дальше? Предположим, кольца древние. Из их вещества сформировались луны Сатурна. Почему вещество перестало собираться в крупные объекты и все или почти все кольца не превратились в спутники? Предположим, кольца - результат недавнего столкновения лун. Почему этот процесс не происходил всегда? Что мешает лунам постоянно распадаться на пыль и почему все или почти все спутники не стали кольцами?
Большая часть частиц, из которых сформированы кольца - пыль в несколько микрон, но есть и крупные формирования до десятков метров. Частицы, в основном движутся с одной невероятной скоростью в 20 км/с. Международная группа ученых в состав которой входили физики из МГУ в 2015 году опубликовала работу, высказывающую версию о динамической стабильности. Пыль в кольцах собирается в крупные комки, но некоторые тела двигаются быстрее других, сталкиваются с комками и разбивают их в пыль обратно. Получается, кольца так и не перестали формироваться: луны Сатурна и собирается и распадаются одновременно.
В астрономии как в жизни - то что кажется незыблемым издалека, вблизи может оказаться бесконечной агонией хаоса
Тайна кольцевых спиц
Еще в 1981 году аппарат Вояджер-2 сделал фотографию колец Сатурна в высоком разрешении, подойдя на расстояние 4 000 000 км. На нем заметны многочисленные спицы, в особенности на кольце B. Спицы такого рода сохраняются в течение двух или трех вращений кольца вокруг планеты. Свежие спицы, предположительно, вращаются вокруг планеты со скоростью внутренних слоев Сатурна, а значит и магнитного поля планеты.
Спицы появляются периодически и длятся около 8 лет, достигая пика в период весеннего или осеннего равноденствия Сатурна. В 2008 году космический зонд Кассини застал начало образования спиц, а в 2009 году Сатурн приближался к равноденствию. Пятна могут казаться темнее или же светлее колец, в зависимости от угла зрения.
Наблюдения космического телескопа Хаббл в 2021 и 2022 годах показали начало нового сезона кольцевых спиц в преддверии ближайшего равноденствия в 2025 году. Недавно ученые NASA опубликовали исследование, содержащее предположение о природе спиц. Свежие изображения Хаббла подтверждают, что как количество, так и контраст спиц варьируются в зависимости от сезонов Сатурна. Год на Сатурне длится около 7 лет, а смена сезонов обеспечивается наклоном оси вращения планеты.
Предположение ученых заключается в том, что спицы - результат борьбы магнитного поля Сатурна с солнечным ветром. Во время равноденствия кольца оказываются в положении, в котором поток частиц от Солнца может сильнее продавливать мощнейшее магнитное поле Сатурна. Электростатические силы, генерируемые в результате этого взаимодействия, воздействуют на пылевые частицы колец. Впрочем, на данный момент нет ни одной рабочей модели, предсказания которой соответствуют наблюдениям.
Есть ли в науке мнения?
Наука - это объективные и повторяемые свойства реального мира, которым на основании достоверных доказательств придана законная сила. Субъективное мнение человека - это утечка достоверности, от которой наука пытается очиститься бесчисленными проверками.
Но хорошо получается отмыться только в общих чертах. Гравитация и электромагнитные силы существуют - это, вроде бы, факт. У крупномасштабных сил есть одна теория, которой доверяет большинство физиков - теория относительности. Однако, есть и конкурирующие теории - модифицированная Ньютоновская динамика, теории струн, бран и квантовой гравитации. К ним доверия куда меньше, но наука их не отбрасывает.
А в очень специальных вопросах, таких как модели движения огромных масс частиц - отмыться не получается совсем. Все предположения о природе колец Сатурна на данный момент далеки от объективности. По мере уточнения измерений и самих моделей они будут приближаться к тому чтобы стать фактом. А могут и быть отброшены как гарантировано неверные.
И тут обыватель может высказать критику: ученые могут ошибаться. Значит, их работа - мнение, такое же как и у самого обывателя. Однако, силы этих мнений не равны. Предположение ученых, даже размытое, очень высокого качества. Оно математично и дает множество гарантированных способов себя опровергнуть. Предсказания любых научных моделей точны - любое измеренное отклонение их фальсифицирует. Ученые не могут публиковать любую белиберду, в надежде что хоть что-нибудь да сбудется. Все предсказания зафиксированы, если у них плохая статистика - такая работа не переживет естественнонаучного отбора.
Автор статьи — физик Георгий Тимс для проекта «Физика для гуманитариев». При копировании, пожалуйста, указывайте авторство. Социальные сети проекта: Телеграмм канал, Ютуб канал
