У Сатурна не завжди були кільця

На основі новий обчислень маси кілець Сатурна, зроблених за допомогою Кассіні і з врахуванням потоків вітру в атмосфері на планеті, кільця навколо Сатурна виникли відносно недавно.

Про це повідомляє PHYS.org з посиланням на публікацію в Science.

Перед тим, як пірнути в атмосферу з водню і гелію Сатурна, апарат Кассіні пройшов між планетою та її кільцями, і трохи змінив свою траєкторію.

Точні вимірювання кінцевої траєкторії космічного апарату дозволили вченим зробити першу точну оцінку кількості матеріалу в кільцях планети, зваживши його на основі сили їх гравітаційного тяжіння.

Ця оцінка – близько 40% маси місяця Сатурна Мімаса, який в 2000 разів менший за місяць Землі – говорить, що кільця навколо Сатурна виникли відносно недавно, менш ніж 100 мільйонів років тому, можливо 10 мільйонів років тому.

Їх молодий вік охолоджує давній спір між вченими-планетологами. Дехто вважав, що кільця утворилися разом з планетою 4,5 мільярдів років тому з крижаних уламків, які залишилися на орбіті після утворення Сонячної системи. Інші вважали, що кільця дуже молоді: що Сатурн у якийсь момент захопив об’єкт з поясу Койпера або комету і поступово перетворив на обломки на своїй орбіті.

Нова оцінка маси ґрунтується на вимірюванні того, наскільки траєкторія польоту Кассіні була відхилена гравітацією кілець, коли космічний апарат пролітав між планетою і кільцями на своєму останньому наборі орбіт у вересні 2017 року. Однак, спочатку відхилення не відповідало прогнозам, основаних на моделях планети і кілець. Тільки коли команда вчених врахувала дуже глибокі потоки вітру в атмосфері на Сатурні – що неможливо спостерігати з космосу – вимірювання отримали сенс, даючи розрахувати масу кілець.

«Перший раз, коли я подивився на дані, я не повірив у це, тому що я довіряв нашим моделям і знадобився деякий час, щоб збагнути те, що був деякий ефект, який змінив гравітаційне поле, яке ми не розглядали, - сказав Буркхард Мілітцер, професор земної і планетної науки в Каліфорнійському університеті Берклі, який моделює внутрішній вигляд планет. – Виявилося, що є масивні потоки в атмосфері на глибині, щонайменше, 9000 кілометрів навколо екваторіальної області. Ми попередньо вважали, що ці хмари подібні до хмар на Землі, які обмежені тонким шаром і не містять майже ніякої маси. Але на Сатурні вони дійсно масивні», - розповів він.

Вчені також розрахували, що поверхневі хмари на екваторі Сатурна обертаються на 4% швидше, ніж на глибині 9 тисяч кілометрів. Цей глибший шар обертається на 9 хвилин довше, ніж вершинні хмари на екваторі, які проходять навколо планети кожні 10 годин і 33 хвилини.

«Відкриття шарів, що обертаються глибоко, є дивовижним відкриттям у внутрішній структурі планети, - сказала член проекту Кассіні Лінда Спілкер з Лабораторії реактивного руху НАСА. - Питання полягає в тому, що призводить до того, що змушує частину атмосфери, яка більш швидко обертається, проникати так глибоко, і що це говорить нам про внутрішній простір Сатурна».

Мілітцер також зміг розрахувати, що скалисте ядро планети має бути в 15-18 разів більше маси Землі, що аналогічно попереднім оцінкам.

Кільця виникли з крижаної комети?

Більш ранні оцінки маси кілець Сатурна – від половини до однієї третини маси Мімаса – були отримані при вивченні хвиль щільності, які розповсюджуються навколо скелястих, крижаних кілець. Ці хвилі викликані 62 супутниками планети, включаючи Мімас, який створює так званий розподіл Кассіні між двома найбільшими кільцями, А і В. Мімас є гладким і круглим, діаметром 246 кілометрів. У ньому великий ударний кратер, який нагадує «Зірку Смерті» з фільмів «Зоряні війни».

«Люди не довіряли хвильовим вимірам, оскільки в кільцях можуть бути частинки, які є масивними, але не приймають участь у хвилях, - сказав Мілітцер. – Ми завжди підозрювали, що була якась прихована маса, яку ми не могли побачити в хвилях».

На щастя, коли Кассіні наблизився до завершення свого життя, НАСА запрограмувало його на 22 занурення між планетою і кільцями для дослідження гравітаційного поля Сатурна. Наземні радіотелескопи вимірювали швидкість космічного апарату з точністю до долі міліметра на секунду.

Нове значення маси кілець знаходиться в діапазоні попередніх оцінок і дозволяє дослідникам визначити свій вік.

Ці часові розрахунки, очолювані Філіпом Ніколсоном з Корнельського університету і Інституту соціального забезпечення Еквадору, ґрунтувалися на зв’язку, який вчені раніше встановили між масою кілець та їх віком. Менша маса вказує на більш молодий вік, тому що кільця зроблені з льоду і з початку є яскравими, але з часом стають забрудненими і затемненими міжпланетним сміттям.

«Ці вимірювання були можливі лише тому, що Кассіні пролетів так близько до поверхні в останні години, - зазначив Мілітцер. - Це був класичний, захоплюючий спосіб завершити місію».