Разгадкой колец Сатурна может быть разорванный 100 млн лет назад спутник — найдены подтверждения

Сатурн — одна из самых уникальных планет Солнечной системы и, прежде всего, благодаря наличию своих великолепных колец. До начала 80-х годов XX века кольца Сатурна считались рождёнными на заре становления нашей звёздной системы. Однако современные средства астрономического наблюдения позволили заподозрить, что кольцам Сатурна около 100 млн лет и появились они совсем недавно — в эпоху земных динозавров, что также утверждает новая гипотеза.

Источник изображения: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Первые доказательства молодости колец Сатурна в начале 80-х годов прошлого века представили сотрудник Массачусетского технологического института (MIT) Скотт Тремейн (Scott Tremaine) и учёный Калтеха Питер Голдрейх (Peter Goldreich). Основываясь на скорости движения ледяных частиц в кольцах и на том, как часто они сталкиваются и изнашивают друг друга, они сделали заключение об относительной молодости колец.

Миссия зонда «Кассини» к Сатурну в 2017 году собрала новые доказательства относительно недавнего появления колец. Кольца свободны от космической пыли, которой там за миллиарды лет существования Сатурна накопилось бы заметное количество. «Кассини» собрал данные об объёме пыли в межпланетном пространстве рядом с кольцами и оценил массу колец. Оказалось, что кольца содержат всего 1 % межпланетной пыли. Они блестят как новенькие! Безусловно, пыль могла упасть под воздействием гравитации на Сатурн, поэтому данное исследование надо воспринимать в комплексе с другими.

В свежей научной работе под руководством Джека Уисдома (Jack Wisdom) из Массачусетского технологического института представлен физический механизм, который не только объясняет наклон оси вращения Сатурна и эксцентриситет орбиты его крупнейшей луны Титана, но и предполагает, что возраст колец должен быть близок к 100 млн лет.

В новой гипотезе даётся ответ на четыре главные загадки Сатурна: появление колец и их возраст, наклонение Сатурна относительно орбиты вокруг Солнца и эксцентричная орбита Титана. Решением всех четырёх загадок назван гипотетический естественный спутник Сатурна, гравитационный разрыв которого произошёл около 100 млн лет назад и привёл к появлению колец. Учёные назвали взорвавшуюся сатурнианскую луну «Хризалис» (Chrysalis).

В своём исследовании учёные создали физическую модель, которая объясняет всю происшедшую 100 млн лет назад драму космического масштаба. Гипотеза предполагает, что к определённому моменту Хризалис привела прецессию Сатурна в состояние резонанса с прецессией узла орбиты Нептуна (места, где орбита Нептуна пересекает плоскость эклиптики). Сегодня Сатурн и Нептун не находятся в резонансе по этим параметрам, а частоту прецессии Сатурна в основном определяет его луна — Титан.

В своей гипотезе команда Уисдома предполагает, что Хризалис также внесла свой вклад в крутящий момент на Сатурне, приведя окольцованную планету в резонанс с Нептуном. Однако компьютерное моделирование показывает, что 100–200 млн лет назад Хризалис сама бы вошла в орбитальный резонанс с Титаном. Это могло бы подтолкнуть гипотетическую луну к Сатурну, где гравитационные приливы разорвали бы её на части и образовали знаменитые кольца. А без Хризалис в гравитационной системе Сатурна прецессия планеты уменьшилась бы и ушла из состояния из резонанса с Нептуном, что мы сегодня и наблюдаем.

Отдельные исследования показывают, что изменение орбиты Титана в сторону «более сплюснутой» произошло относительно недавно по астрономическим меркам. Эти же изменения привели к наклонению Сатурна на 26,7° по отношению к плоскости эклиптики в Солнечной Системе. Жизнь и смерть гипотетической луны Сатурна Хризалис объясняет все эволюции гравитационной системы Сатурна за последние несколько сотен млн лет, но мы вряд ли когда-нибудь точно узнаем об этом.