Волны в кольцах раскрыли структуру ядра Сатурна

Точно так же, как землетрясения вызывают гул нашей планеты, колебания в недрах Сатурна заставляют газового гиганта слегка покачиваться. Эти движения, в свою очередь, вызывают рябь в кольцах Сатурна.

Об этом говорится в пресс-релизе Калифорнийского технологического института (Калтех).

В новом исследовании, принятом на публикацию в журнале Nature Astronomy, два астронома из Калтеха проанализировали эти пульсирующие кольца, чтобы выявить новую информацию о ядре Сатурна. Для своего исследования они использовали старые данные, полученные "Кассини" – космическим аппаратом НАСА, который вращался вокруг кольцевого гиганта в течение 13 лет, прежде чем погрузился в атмосферу планеты и распался в 2017 году.

Выводы свидетельствуют о том, что ядро ​​планеты представляет собой не жесткий каменный шар, как предлагали некоторые предыдущие теории, а диффузный суп из льда, пород и металлических жидкостей – или то, что ученые называют "нечетким" ядром. Анализ также показывает, что ядро ​​простирается на 60 процентов диаметра планеты, что делает его значительно большим, чем считалось ранее.

"Мы использовали кольца Сатурна как гигантский сейсмограф для измерения колебаний внутри планеты", - говорит соавтор Джим Фуллер, доцент теоретической астрофизики в Калтехе. "Это первый раз, когда нам удалось сейсмически исследовать структуру планеты-газового гиганта, и результаты были довольно удивительными".

"Детальный анализ покрытых рябью колец Сатурна является очень элегантной формой сейсмологии для определения характеристик ядра Сатурна", - говорит Дженнифер Джексон, профессор кафедры минеральной физики в сейсмологической лаборатории Калтех, которая не принимала участия в исследовании, но использует различные типы сейсмических наблюдений для понимания состава ядра Земли и для потенциального обнаружения сейсмических событий на Венере в будущем.

Ведущий автор исследования – Кристофер Манкович, постдокторант, научный сотрудник в области планетарных наук, который работает в группе Фуллера.

Выводы дают лучшие доказательства существования у Сатурна нечеткого ядра и согласуются последним данным миссии НАСА «Юнона», которые указывают на то, что газовый гигант Юпитер также может иметь аналогично разведенное ядро.

"Нечеткие ядра похожи на ил", - объясняет Манкович. "Газы водород и гелий в планете постепенно смешиваются с все большим количеством льда и породы по мере продвижения к центру планеты. Это немного напоминает части земных океанов, где соленость возрастает по мере продвижения к все более глубоким уровням да создания стабильной конфигурации".

Идея о том, что колебания Сатурна могут создавать волны в его кольцах и таким образом кольца могут быть использованы как сейсмограф для изучения недр Сатурна, впервые возникла в исследованиях в начале 1990-х годов Марка Марли (BS ′84) и Кэролин Порко (Ph.D. ′83), которая впоследствии стала лидером команды визуализаций Кассини. Первое наблюдение за этим явлением сделали Мэтт Хедман и П.Д. Николсон (Ph.D. ′79) в 2013 году, которые проанализировали данные, взятые Кассини. Астрономы обнаружили, что C-кольцо Сатурна содержит множество спиральных структур, обусловленных колебаниями гравитационного поля Сатурна, и эти структуры отличаются от других волн в кольцах, вызванных гравитационным взаимодействием со спутниками планеты.

Теперь Манкович и Фуллер проанализировали структуру волн в кольцах, чтобы построить новые модели взбаламученных внутренностей Сатурна.

"Сатурн всегда дрожит, но это едва заметно", - говорит Манкович. "Поверхность планеты перемещается примерно на метр каждые один-два часа, как озеро с медленными волнами. Подобно сейсмографу, кольца улавливают гравитационные нарушения, и частицы колец начинают шататься", - говорит он.

Исследователи говорят, что наблюдаемая гравитационная рябь указывают на то, что глубокие недра Сатурна, хотя в целом и перемещаются, состоят из стабильных слоев, которые образовались после того, как более тяжелые материалы опустились на середину планеты и перестали смешиваться с более легкими материалами над ними.

"Для того, чтобы гравитационное поле планеты колебалось именно с этими частотами, внутренняя часть должна быть стабильной, и это возможно только в том случае, если доля льда и пород постепенно увеличивается по мере приближения к центру планеты", - говорит Фуллер.

Их результаты также указывают на то, что ядро ​​Сатурна в 55 раз массивнее за всю Землю, из них 17 масс Земли составляют лед и породы, а остальные – жидкость из водорода и гелия.

Хедман, который не является участником текущего исследования, говорит: "Кристоферу и Джиму удалось продемонстрировать, что одна особенность колец является весомым доказательством того, что ядро ​​Сатурна чрезвычайно диффузное. Мне увлекательно подумать о том, что могут рассказать нам об этой планете все остальные черты колец, генерируемые Сатурном".

Кроме того, полученные результаты бросают вызов современным моделям формирования газовых гигантов, согласно которым сначала образуются каменистые ядра, а затем привлекаются крупные газовые оболочки. Если ядра планет действительно нечеткие, как показывает исследование, то планеты могут включать газ на более ранних стадиях.

Исследования в Nature Astronomy под названием "Диффузное ядро Сатурна, обнаруженное с помощью кольцевой сейсмологии", профинансировано Фондом Роуз-Хиллс и Фондом Слоуна.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.