Как появились кольца у Сатурна?

Гибель зонда "Кассини" помогла планетологам точно взвесить кольца Сатурна и выяснить, что они появились относительно недавно, не более 100 миллионов лет назад. Их выводы были представлены в журнале Science.

"Никто не доверял прошлым замерам массы колец, полученным в ходе наблюдений за волнами на их поверхности. Дело в том, что внутри них могут присутствовать крупные частицы, которые не будут колебаться подобным образом. Поэтому мы всегда подозревали, что они могут быть на самом деле намного тяжелее", — рассказывает Буркхард Милитцер (Burkhard Militzer) из университета Калифорнии в Беркли (США).

Сатурнианские кольца были открыты Галилео Галилеем в 1610 году, который посчитал их тремя крупными спутниками. В середине XVII века Христиан Гюйгенс выяснил, что "спутники" Галилея на самом деле являются кольцами, состоящими из мельчайших частичек пыли и льда.

О природе этих колец ученые спорят до сих пор. Часть планетологов полагает, что они возникли из осколков древней протопланеты на заре юности Солнечной системы, тогда как другие считают их продуктом недавних катаклизмов.

Споров добавляет и то, что зонд "Кассини" обнаружил, что Сатурн "высасывает" воду из своих колец с очень высокой скоростью. Как недавно выяснили в НАСА, ближайшие к планете кольца исчезнут в самое ближайшее время по космическим меркам, а вся их система будет съедена Сатурном примерно через 300 миллионов лет.

Подобные открытия укрепили позиции сторонников теории "молодых колец" и заставили планетологов задуматься о том, когда они появились. Точный ответ на этот вопрос, как объясняет Милитцер, можно получить, зная всего два параметра — массу пыли и частичек льда внутри них и то, насколько хорошо кольца отражают свет Солнца.

Дело в том, что кольца Сатурна и других планет-гигантов должны постепенно тускнеть из-за того, что на поверхности их зерен льда должны осаждаться миниатюрные частицы пыли и органика, постепенно темнеющая в результате ее "бомбардировки" ультрафиолетовыми лучами Солнца.

Соответственно, чем светлее кольца, тем меньше их возраст, и наоборот. Скорость потускнения, в свою очередь, зависит от их массы, толщины и состава — чем больше материи скрывается внутри них, тем медленнее будут "чернеть" эти структуры.

"Кассини" измерил яркость колец Сатурна в первые же годы своей работы на его орбите. С другой стороны, их точная масса оставалась недоступной для него до самого конца жизни по той причине, что зонд не сближался с ними на достаточно тесное расстояние для того, чтобы отделить их гравитационное влияние от притяжения планеты.

Первая такая возможность появилась у "Кассини" в 2017 году, когда зонд начал совершать "нырки" через кольца, готовясь к героической гибели в атмосфере Сатурна. Эти пролеты помогли Милитцеру и его коллегам измерить структуру гравитационного поля планеты и приступить к замерам массы колец.

"Когда я впервые увидел эти данные, я не поверил глазам, так как они полностью противоречили нашим моделям. Прошло немало времени, прежде чем мы признали, что там есть что-то еще, что меняло гравитационные поля непредсказуемым образом. Оказалось, что в атмосфере Сатурна бушуют гигантские потоки воздуха, проникающие на 9000 километров внутрь планеты", — продолжает планетолог.

Когда ученые учли эту аномалию, они обнаружили, что масса колец была неожиданно небольшой — она составляла около 15 миллионов миллиардов тонн. Это примерно равно половине массы Мимаса, одной из самых маленьких лун Сатурна, похожей на "звезду смерти", и сопоставимо с весом небольших астероидов.

Это, в свою очередь, означает, что Сатурн стал "властелином колец" совсем недавно, примерно 100 миллионов лет назад. Его прародителем могла выступать как и небольшая луна, так и крупная комета, что хорошо сочетается с тем, что "Кассини" обнаружил массу органики внутри колец в последние секунды своей жизни.