Яркие кольца Сатурна и его крупнейший спутник Титан могли появиться в результате цепочки столкновений между спутниками планеты. К такому выводу пришла группа учёных под руководством исследователя Института SETI Матии Чука, предложившая единую модель формирования спутниковой системы Сатурна.
За 13 лет работы зонд Cassini радикально изменил представления учёных о системе Сатурна. Аппарат показал, что кольца планеты значительно моложе, чем считалось раньше, а орбита Титана быстро меняется. Эти данные плохо укладывались в прежние теории и требовали нового объяснения.
В конце миссии Cassini измерил распределение массы внутри Сатурна, от которого зависит скорость прецессии — «покачивания» оси вращения планеты. Ранее считалось, что этот ритм совпадает с влиянием Нептуна, постепенно наклоняющим Сатурн. Однако измерения показали, что масса планеты сильнее сосредоточена в центре, и её прецессия не совпадает с расчётами.
Чтобы объяснить расхождение, учёные из MIT и Калифорнийского университета в Беркли предположили, что у Сатурна раньше была ещё одна крупная луна. После сближения с Титаном она потеряла устойчивость, была выброшена с орбиты и разрушилась, породив кольца. Команда Чука проверила эту гипотезу с помощью компьютерного моделирования.
Расчёты показали, что наиболее вероятным сценарием была не потеря луны, а её столкновение с Титаном. Ключом к этой истории стала небольшая, неправильной формы луна Гиперион, чья орбита связана с Титаном. Учёные выяснили, что эта орбитальная «связка» существует всего несколько сотен миллионов лет — примерно с того же времени, когда исчезла гипотетическая дополнительная луна.
По словам Чука, в моделях Гиперион чаще всего исчезал вместе с нестабильной луной и сохранялся лишь в редких случаях. Это навело исследователей на мысль, что Гиперион мог появиться как обломок после столкновения с Титаном. Если два спутника слились, то вокруг Титана должны были образоваться фрагменты — именно там сегодня и находится Гиперион.
Согласно новой модели, Титан возник в результате слияния двух тел: крупного «прото-Титана», почти равного современному спутнику, и меньшего «прото-Гипериона». Такое столкновение могло стереть большинство ударных кратеров и объяснить необычно «молодой» рельеф Титана. Его вытянутая орбита, которая сейчас быстро округляется, тоже указывает на недавнее сильное возмущение.
До столкновения «прото-Титан», вероятно, напоминал спутник Юпитера Каллисто — холодное, покрытое кратерами тело без плотной атмосферы. Кроме того, моделирование показало, что «прото-Гиперион» мог наклонить орбиту далёкой луны Япет, решив ещё одну давнюю загадку системы Сатурна.
Открытым остался вопрос — если Титан сформировался в результате слияния, то откуда взялись кольца? Исследователи считают, что после этого события изменившаяся орбита Титана начала дестабилизировать внутренние спутники. В некоторых конфигурациях возникал орбитальный резонанс — ситуация, при которой гравитационное влияние резко усиливается.
В результате небольшие спутники могли вытягивать свои орбиты и сталкиваться друг с другом. Большая часть обломков снова собиралась в спутники, а часть падала к Сатурну и формировала кольца. По оценкам учёных, это произошло не более 100 миллионов лет назад — что согласуется с возрастом колец.
Проверить эту гипотезу поможет миссия NASA Dragonfly, которая прибудет к Титану в 2034 году. Ядерный дрон-октокоптер будет изучать геологию и химию поверхности спутника. Если он обнаружит следы древнего глобального столкновения, то это подтвердит, что крупнейшая луна Сатурна сформировалась в результате космической катастрофы.