16-09-2022
12:58
Сатурн, возможно, уничтожил один из своих спутников, чтобы создать свои кольца

Катастрофическое событие могло создать кольца Сатурна, когда динозавры все еще бродили по Земле.

Кольца Сатурна могли образоваться 100 миллионов лет назад, когда один из его ледяных спутников был разорван гравитацией планеты, согласно новому исследованию, которое связывает создание великолепных колец с внешней миграцией Титана и резонансом между вращением Сатурна и орбитой Нептуна.

Дебаты о возрасте колец Сатурна бушевали десятилетиями . Некоторые планетологи полагали, что кольца могут быть такими же старыми, как и сама планета, но в начале 1980-х Питер Голдрайх из Калифорнийского технологического института и Скотт Тремейн из Массачусетского технологического института (MIT) оценили относительно молодой возраст в 100 миллионов лет на основе скорости ледяных частиц в кольцах и как часто они сталкиваются и изнашивают друг друга.

Окончание миссии «Кассини» к Сатурну в 2017 году принесло больше доказательств юного возраста колец. Анализатор космической пыли космического корабля измерил падение межпланетной пыли на кольца, а затем, основываясь на измерении массы колец Кассини, обнаружил, что только один процент колец состоит из пыли, а это означает, что кольцам может быть только 100 миллионов лет .

Хотя открытия Кассини в основном приветствовались, некоторые планетологи призывали к осторожности, указывая на то, что часть пыли может выпадать дождем из колец на сам Сатурн, тем самым сохраняя кольца чистыми и заставляя их казаться моложе, чем они есть на самом деле.

Теперь новое исследование под руководством Джека Уиздома из Массачусетского технологического института обнаружило физический механизм, который не только объясняет наклон оси вращения Сатурна и эксцентриситет орбиты его крупнейшего спутника Титана, но и предполагает, что возраст колец должен быть около 100 миллионов лет.

Это любопытная история о резонансах, крутящих моментах, отклонениях и прецессии. Наклон Сатурна — то есть насколько планета наклонена к плоскости орбиты Солнечной системы — составляет 26,7 градуса. В 2021 году ученые во главе с Мелейн Сайленфест из Парижской обсерватории показали, что относительно недавняя миграция орбиты Титана наружу могла заставить Сатурн опрокинуться на эту величину.

Сатурн также качается вокруг своей оси в явлении, называемом прецессией. Это тот же эффект, который заставляет ось вращения юлы совершать пируэты по кругу. Нет ничего необычного в том, что ось вращения планеты прецессирует — ось вращения Земли также прецессирует в течение тысяч лет. Сегодня северный полюс Земли более или менее указывает на Полярную звезду , но через несколько тысяч лет прецессия будет означать, что вместо этого северный полюс будет указывать на звезду Вегу .

В случае Сатурна прецессия в основном инициируется Титаном, поскольку гравитация Солнца притягивает луну, вызывая крутящий момент на Сатурне. Крутящий момент — это скручивающая сила, и в случае Сатурна крутящий момент действует на ось вращения Сатурна, побуждая его к прецессии.

В какой-то момент, когда частота прецессии Сатурна увеличилась, она вошла в резонанс с прецессией узла орбиты Нептуна, то есть места, где орбита Нептуна пересекает плоскость эклиптики. Резонанс — это усиливающий эффект, такой как классический пример раскачивания ребенка на качелях. Толкайте в нужный момент — и амплитуда замаха может увеличиться. Резонансы в Солнечной системе являются гравитационными и связаны с определенными частотами возникновения, в данном случае со скоростью прецессии Сатурна и прецессией узла орбиты Нептуна.

Однако сегодня частоты прецессии Сатурна и прецессии орбиты Нептуна не находятся в резонансе, а находятся вне его, и их частоты не совсем совпадают.

Могло ли что-то произойти, что вывело Сатурн и Нептун из резонанса? «Мы предполагаем, что когда-то был дополнительный спутник, который был потерян из-за хаотической орбитальной нестабильности и имел близкое столкновение с Сатурном и образовал кольца», — говорит Уиздом, окрестивший гипотетическую луну «Хризалидой».

В своей гипотезе команда Уисдома предполагает, что Хризалида также способствовала крутящему моменту Сатурна, в результате чего окруженная кольцом планета вступила в резонанс с Нептуном. Однако их компьютерное моделирование показывает, что между 100–200 миллионами лет назад сама Хризалида также вошла бы в орбитальный резонанс с Титаном — на каждые три орбиты Сатурна, которые совершал бы Титан, Хризалида совершала бы одну. Этот резонанс дал бы Хризалиде толчок, как ребенку на качелях, и дестабилизировал бы ее орбиту, в конечном итоге оказавшись слишком близко к Сатурну, где гравитационные приливы разорвали ее на части [предел Роша], чтобы сформировать знаменитые кольца. Без крутящего момента Хризалиды частота прецессии Сатурна уменьшилась бы, что привело бы к выходу из резонанса с Нептуном.

Скотт Тремейн, первым выдвинувший гипотезу о юном возрасте колец, описывает новую работу как «замечательную», добавляя, что «конечно, мы никогда не узнаем наверняка, присутствовал ли когда-то в системе Сатурна дополнительный спутник, но объясняя четыре загадки [наклонность Сатурна, существование колец, возраст колец и эксцентрическая орбита Титана] одной гипотезой — довольно хорошая окупаемость инвестиций».

OlgaM
Перейти к блогу автора
Комментарии