Все знают кольца Сатурна — они неотделимы от образа этого газового гиганта. Однако было время, когда у него не было этого заметного украшения. Согласно новому анализу гравитационных данных, собранных аппаратом NASA Cassini, кольца могли образоваться позднее самой планеты. Исследование основывалось на измерениях, сделанных Cassini во время максимально близких пролётов Сатурна в 2017 году, когда аппарат входил в финальную фазу своей миссии, закончившуюся его падением в атмосферу гиганта. Результаты опубликованы 17 января в журнале Science.
Согласно новой гипотезе, кольца Сатурна могли сформироваться от 10 до 100 миллионов лет назад. Таким образом, не исключено, что они появились тогда, когда на Земле была эпоха динозавров.
Сама планета образовалась около 4,5 миллиардов лет назад, на начальном этапе формирования Солнечной системы. По некоторым признакам наука и раньше предполагала, что кольца моложе самой планеты. Но насколько моложе?
Чтобы установить возраст колец, учёным пришлось измерить их массу, то есть количество содержащегося в них материала. Исследователи располагали данными удалённой съёмки как с Cassini, так и от обоих аппаратов Voyager. Cassini передал беспрецедентные данные о кольцах, собранные с близкого расстояния во время своих последних 22 витков вокруг Сатурна, совершая «нырки» в его атмосферу. При этом аппарат превращался в своего рода гравитационный зонд, «ощущавший» притяжение планеты и её колец. Антенны аппарата принимали радиосигналы, посылаемые с наземных станций сети Deep Space Network (NASA) и Европейского космического агентства, по параметрам приёма которых были определены скорость и ускорение аппарата.
Зная с точностью до доли миллиметра в секунду прирост скорости Cassini под вилянием притяжения Сатурна, учёные смогли точно определить массу планеты и, соответственно, её колец.
«Лишь когда Cassini совершал свои финальные витки, мы смогли собрать данные измерений, которые позволили нам сделать это открытие, — заявил член команды по радиоэкспериментам и главный автор исследования Лучиано Иесс (Luciano Iess) из университета Сапиенца (Sapienza University of Rome) в Риме. — Этим экспериментом Cassini достиг фундаментальной цели своей миссии: не только определить массу колец, но и уточнить модель их формирования, а также их возраст».
В основе публикации Иесса лежит еще ранее замеченная связь между массой колец и их возрастом. Более низкая масса указывает на более молодой возраст, поскольку кольца, состоящие из светлого льда, имели бы более тёмный оттенок, если бы были старше, так как были бы загрязнены межпланетными обломками в течение более долгого периода времени.
Учёным ещё предстоит выяснить, как сформировались кольца. Новые свидетельства в пользу того, что кольца «молодые», придаёт достоверность теориям, согласно которым они образовались из вещества кометы, которая пролетала слишком близко от Сатурна и была разорвана его гравитацией. Также нельзя исключать, что имело место разрушение ледяных спутников планеты, из вещества которых и образовались кольца.
Но на этом сюрпризы не закончились. Пролетая внутри гравитационного поля Сатурна, Cassini получил данные, которые позволили сделать очередное удивительное открытие.
Уже давно было известно, что атмосфера Сатурна в экваториальном поясе вращается быстрее, чем нижние слои планеты и её ядро. Это можно представить как несколько цилиндров, вставленных один в другой, вращающихся с разными скоростями. Ближе к центру планеты слои движутся синхронно.
Подобным же образом ведёт себя и атмосфера Юпитера. Однако, по новым данным, синхронное вращение слоёв в атмосфере Сатурна имеет место гораздо ниже – на глубине около 9 000 км, что в три раза превышает соответствующую глубину на Юпитере и равно 15 процентам радиуса Сатурна.
«Открытие слоёв, вращающихся на большой глубине, стало неожиданностью для нас, — рассказывает координатор научной программы Cassini Линда Спилкер (Linda Spilker) из Лаборатории реактивного движения (JPL). — Возникает вопрос, почему такое быстрое вращение слоёв атмосферы происходит настолько глубоко и что мы из этого можем понять о внутреннем устройстве Сатурна?»
В то же время измерения силы притяжения Сатурна позволили решить ещё одну загадку: стала известна масса ядра планеты. Модели недр планеты, созданные профессором из Беркли Буркхардом Милитцером (Burkhard Militzer), одним из соавторов исследования, оценивают массу ядра в 15-18 масс Земли.
Миссия Cassini была завершена в сентябре 2017 года, когда на борту аппарата почти закончилось топливо и было произведено его управляемое сведение с орбиты в атмосферу Сатурна, чтобы избежать возможного загрязнения спутников планеты-гиганта бактериями с Земли. Научные данные, собранные во время последних витков аппарата вокруг планеты, ещё продолжают обрабатываться и публиковаться.
Источник: saturndaily.com
Перевод: Dmitry Blackfield
