Астрономы опубликовали открытия, сделанные в предсмертном вояже зонда "Кассини"

Перед тем как навсегда погрузиться в атмосферу Сатурна, "Кассини" совершил 22 пролёта в полосе шириной 2000 километров между кольцами планеты и её облаками, где ранее не бывал ещё ни один космический аппарат. Теперь учёные интерпретировали часть собранных данных и поделились с человечеством открытиями, среди которых "дожди" из сложной органики и необъяснимые свойства магнитного поля.

Полученные результаты были описаны в шести научных статьях, опубликованных в журнале Science большим коллективом авторов.

В первой работе речь идёт о так называемых кольцевых дождях, то есть выпадении вещества с колец Сатурна в его атмосферу. Гипотеза о существовании такого явления была высказана давно. К ней привели удалённые измерения с пролетающих мимо планеты аппаратов "Пионер-11", "Вояджер-1" и "Вояджер-2" в 1970-х и 1980-х годах. Однако впервые представился шанс убедиться в реальности этой версии, "потрогать руками" (вернее, приборами) выпадающие частицы и, в частности, определить их химический состав.

Известно, что кольца Сатурна на 95% состоят из водяного льда, поэтому преобладание этого вещества в "дождях" не стало сюрпризом для учёных. Однако в выпадающем материале также были обнаружены "неожиданные" метан, аммиак, азот, угарный и углекислый газы, а также сложная органика.

Точная идентификация органических молекул была затруднена из-за высокой скорости движения аппарата. Тем не менее учёные пришли к выводу, что по составу эта органика отличается от характерной для спутников Сатурна Титана и Энцелада. Так что в системе "властелина колец" оказалось как минимум три независимых резервуара органических веществ.

Другим неожиданным результатом той же работы стало открытие потока вещества, падающего из колец в атмосферу в районе экватора. Дело в том, что кольцевой дождь в его классическом понимании формируется так. Некоторые частицы во внутреннем кольце Сатурна приобретают электрический заряд, и магнитное поле планеты начинает искривлять их траекторию. Обращаясь по спирали вокруг его линий, они выпадают в атмосферу в приполярных широтах. Но такой эффект не может объяснить "ливни" вещества в полосе ±4° от экватора, где, как выяснилось, на Сатурн падает от 4,8 до 45 тонн материи в секунду. С этим вопросом астрономам ещё только предстоит разобраться.

Вторая статья также посвящена кольцевым дождям. Здесь авторы анализируют размер выпадающих частиц.

Из предыдущих исследований было известно, что габариты фрагментов, составляющих кольца Сатурна, колеблются от нескольких метров до нескольких нанометров. Однако доля частиц размером в 1–3 нанометра, по расчётам учёных, должна была быть очень низкой.

Тем не менее обнаружилось, что в экваториальных широтах в атмосферу выпадает до пяти килограммов такой "нанопыли" в секунду, что намного превышает оценки экспертов. Это означает, что в кольцах планеты действует какой-то неизвестный механизм измельчения частиц.

Третье исследование посвящено составу и размеру частиц, находящихся между атмосферой Сатурна и его кольцами (то есть не обязательно выпадающих в виде кольцевых дождей).

По результатам этих измерений, большинство таких фрагментов вещества имеет размер в десятки нанометров. Правда, есть ещё пояс частиц габаритами в сотни нанометров, но он ограничивается относительно узкой полосой в несколько сотен километров от плоскости кольца.

Авторы также идентифицировали два типа частиц: состоящие из водного льда и силикатов. Отношение силикатов ко льду меняется с широтой от 1:11 до 1:2. Получается, что соединений кремния в составе колец Сатурна значительно больше, чем предполагалось.

Четвёртая статья повествует об открытии ранее неизвестного радиационного пояса между планетой и её кольцами. Специалисты и раньше предполагали его существование, но удостовериться в нём удалось только благодаря "Кассини".

Поясним, что такой пояс – это область повышенной концентрации заряженных частиц (протонов и электронов), летающих по замкнутым траекториям в магнитном поле небесного тела.

Внутренний радиус этого "украшения" оказался равен 1,03, а внешний – 1,22 радиуса Сатурна. Внешний край пояса упирается в кольцо D73. Кольцо D68 находится прямо внутри пояса, но оно слишком тонкое, чтобы помешать потоку частиц.

Установлено, что в поясе доминируют протоны с энергиями от 25 мега- до нескольких гигаэлектронвольт.

Также исследователи обнаружили кольцевые электрические токи между кольцом D и атмосферой планеты.

Пятая работа посвящена измерению магнитного поля Сатурна. Магнитометр "Кассини" делал 32 отсчёта в секунду, что позволило собрать уникальные данные.

Оказалось, что магнитная ось планеты практически совпадает с осью её вращения. Угол отклонения не превышает 0,01° (для сравнения: у Земли – 11°). Планетологи пока не могут объяснить такой результат. Согласно существующим теориям о механизмах образования магнитного поля планет, подобное попросту невозможно.

Шестое исследование посвящено радиоисточникам в магнитном поле Сатурна. Поясним, что такими источниками могут стать заряженные частицы, циркулирующие вокруг магнитных линий.

За все 22 витка "Кассини" обнаружил лишь три подобных "радиопередатчика". Их частота колебалась от десяти до двадцати килогерцев, а расстояние от центра Сатурна – от 3,5 до 4,5 радиусов планеты.

Эта информация поможет лучше понять структуру магнитного поля "властелина колец", которое, как упоминалось выше, таит в себе загадки.

Отметим, что учёные "разложили по полочкам" далеко не все сведения, добытые приборами "Кассини", так что впереди нас наверняка ждут новые открытия.