Известный своей обширной системой колец, Сатурн является одной из четырех планет в нашей солнечной системе, которые имеют эту отличительную особенность. И теперь ученые выдвигают гипотезу, что и Земля могла иметь собственное кольцо около 466 миллионов лет назад.
В ордовикский период, время значительных изменений в земных формах жизни, тектонике плит и климате, планета пережила пик метеоритных ударов. Почти два десятка ударных кратеров, известных с тех пор, находились в пределах 30 градусов от экватора Земли, что свидетельствует о том, что метеороиды могли выпасть из скалистого кольца вокруг планеты, согласно научной статье, опубликованной 12 сентября в журнале Earth and Planetary Science Letters.
«Статистически необычно, что 21 кратер находится относительно близко к экватору. Такого не должно быть. Они должны быть распределены случайным образом», — сказал ведущий автор статьи Эндрю Томкинс, геолог и профессор наук о Земле и планетах в университете Монаша в Мельбурне, Австралия.
Новая гипотеза не только проливает свет на причины всплеска падения метеоритов, но и может дать ответ на ранее необъяснимое событие: глобальное похолодание — одно из самых холодных климатических явлений в истории Земли, могло быть результатом тени кольца.
Ученые надеются узнать больше о возможном кольце. Это может помочь ответить на загадки истории Земли, а также поставить новые вопросы о влиянии древнего кольца на эволюционное развитие, сказал Томкинс.
Кольцо на Земле, похожее на кольца Сатурна
Когда меньший объект приближается достаточно близко к планете, он достигает так называемого предела Роша, расстояния, на котором небесное тело имеет достаточно гравитационного притяжения, чтобы разорвать приближающееся тело. Образующиеся обломки затем создают кольца вокруг планеты, такие как кольца вокруг Сатурна, которые могли быть образованы обломками ледяных лун, согласно НАСА.
Ученые ранее считали, что крупный астероид распался в пределах Солнечной системы, создав метеориты, которые поразили Землю в ордовикский период. Однако такое столкновение, вероятно, привело бы к тому, что удары были бы распределены более хаотично, как, например, хаотичность кратеров на Луне, сказал Томкинс.
Авторы исследования предполагают, что крупный астероид, диаметр которого оценивается примерно в 12 километров, вместо этого достиг предела Роша Земли, который мог находиться на расстоянии около 15800 километров от планеты, основываясь на измерениях прошлых астероидов-обломков. Астероид был бы в значительной степени разбит другими столкновениями, что сделало бы обломки рыхлыми и легко разрушенными приливной силой Земли, сказал Томкинс.
Он добавил, что кольцо могло образоваться вдоль экватора из-за экваториальной выпуклости Земли, подобно тому, как кольца Сатурна, Юпитера, Урана и Нептуна также образуются вокруг экваториальных плоскостей каждой из этих планет.
Томкинс сказал, что известно около 200 ударов за всю историю Земли. Рассматривая, как земные массы двигались с течением времени, авторы обнаружили, что все из 21 известного кратера, датируемые ордовикским периодом, находились вблизи экватора. Более того, только 30% поверхности Земли, пригодной для сохранения кратера, находились вблизи экватора. Если бы удары были случайными, а не кольцевыми, большинство кратеров должны были бы образоваться вдали от экватора, добавил он.
Авторы также ссылаются на исследование, проведенное в феврале 2022 года, в котором анализировались ударные кратеры на Земле, Луне и Марсе и были обнаружены признаки ордовикского всплеска ударов только на Земле, что является дополнительным доказательством, согласующимся с теорией колец.
«В статье представлена интересная идея, которая связывает воедино несколько загадок», — сказал астрофизик Винсент Эке, доцент Института вычислительной космологии Даремского университета в Великобритании, который не принимал участия в новом исследовании.
Анализ обнаружил несколько месторождений по всей Земле того же периода, что и ударные кратеры, содержащие высокие уровни L-хондрита, обычного метеоритного материала, который имел признаки более короткого воздействия космической радиации, чем метеориты, обнаруженные сегодня. Открытие предполагает, что крупный, выветренный космосом астероид, который, вероятно, блуждал в пределах Роша Земли, распался вблизи планеты, пишут авторы исследования.
Спустя несколько миллионов лет после периода учащения падений метеоритов, около 445 миллионов лет назад, произошло резкое снижение глобальной температуры Земли, известное как хирнантский век.
«Последующий мусор от такого события (потенциальное кольцо) может объяснить эти три наблюдения», — заявил Эке, имея в виду ударные кратеры, метеоритный мусор и глобальный климатический сдвиг.
Авторы научной статьи изучают, какая степень тени необходима для того, чтобы вызвать глубокое глобальное похолодание. Это может помочь оценить, насколько непрозрачным было кольцо, сказал Томкинс. Аналогичным образом Земля могла охлаждаться облаками пыли от ударов метеоритов, добавил он.
Томкинс сказал, что он надеется, что будущие исследования установят, как долго сохранялось кольцо, и прольют свет на то, как оно могло повлиять на эволюционные изменения, с которыми Земля столкнулась, скорее всего, из-за сложных климатических условий. «Понимание причин изменения климата Земли может помочь нам также задуматься об эволюции жизни», — добавил он.
Трудно сказать, как выглядело такое кольцо, не зная плотности материала, но Томкинс подсчитал, что даже слабое кольцо было бы видно с Земли.
«Если бы вы находились на ночной стороне Земли и смотрели вверх, а солнечный свет падал на кольца, а не на вас, то это, вероятно, сделало бы их весьма интересным и впечатляющим зрелищем», — сказал он.
Возможность будущих колец
По словам Томкинса, исходя из продолжительности глобального периода похолодания и датировки кратеров и метеоритного материала, возможное кольцо Земли могло просуществовать от 20 до 40 миллионов лет. Столкновения между другими частицами могли бы привести к тому, что космические камни были выброшены из кольца.
Предыдущие исследования показали, что древний Марс мог иметь одно или несколько колец, и ученые предсказывают, что в будущем на этой планете их может быть больше.
«В то время как кольца в настоящее время связаны с внешними, гигантскими планетами в Солнечной системе, в течение следующих 100 миллионов лет или около того Марс должен приобрести кольцевую систему, когда его внутренняя луна, Фобос, будет вращаться по спирали внутри жесткого радиуса Роша и сама разорвётся на части, — сказал Эке. — К счастью, для развития жизни на Земле такие типы (событий) редки в настоящее время!»
С конца сентября астероид под названием 2024 PT5 летит рядом с Землей. Космический камень обычно называют «мини-луной», поскольку он пройдёт на расстоянии 4,5 миллиона километров от планеты. Однако даже во время самого близкого на сегодняшний день пролёта астероида 8 августа на расстоянии около 567 000 километров он был далёк от предела Роша Земли, сказал Карлос де ла Фуэнте Маркос, исследователь с факультета математических наук Мадридского университета Комплутенсе, который изучал мини-луну. Де ла Фуэнте Маркос не принимал участия в новом исследовании.
Кроме того, предполагаемое кольцо Земли «должно было быть результатом разрушения гораздо более крупного тела, как указывают авторы в своей статье», добавил он, поэтому астероид, диаметр которого, вероятно, составляет около 11 метров, не смог бы создать новое кольцо для Земли.
«Нужно было бы захватить большую и поместить ее на правильную орбиту, чтобы она распалась. … (Эта мини-луна) — всего лишь пример процессов, которые происходят в нашей ближней космической зоне и могут привести к тому, о чем мы говорим», — сказал Томкинс. Однако «это формирование колец, как мы думаем, могло произойти только один раз за последние 500 миллионов лет».