Новое исследование показывает, как нам повезло быть свидетелями удивительных колец Сатурна

Кольца Сатурна — одна из жемчужин Солнечной системы, но их время кажется коротким, а их существование — эфемерным.

Новое исследование Они указывают на то, что кольцам от 400 до 100 миллионов лет — часть возраста Солнечной системы. Это значит, что нам повезло жить в эпоху, когда планета-гигант имеет свои чудесные кольца. Исследования также показывают, что они могут исчезнуть еще через 100 миллионов лет.

Кольца были впервые обнаружены в 1610 году астрономом Галилео Галилеем, который из-за ограниченного разрешения своего телескопа первоначально описал их как две меньшие планеты по обе стороны от основного тела Сатурна, которые, по-видимому, находятся в физическом контакте с ним.

В 1659 году голландский астроном Христиан Гюйгенс опубликовал Система Сатурниумстав первым, кто описал их как тонкую плоскую кольцевую систему, не касающуюся планеты.

Он также показал, как меняется их внешний вид, если смотреть с Земли, по мере того, как две планеты вращаются вокруг Солнца, и почему в определенное время кажется, что они исчезают. Это потому, что их геометрия обзора заставляет нас периодически видеть их на Земле.

Кольца видны любому, у кого есть подходящий бинокль или скромный домашний телескоп. Отбрасывая белый цвет на бледно-желтый шар Сатурна, кольца почти полностью состоят из миллиардов частиц водяного льда, которые флуоресцируют за счет рассеяния солнечного света.

Среди этого ледяного материала есть отложения темного пыльного вещества. В космонавтике термином «пыль» обычно обозначают мелкие гранулы Из скалистого, минерального или богатого углеродом материала, который заметно темнее льда. Их также называют микрометеоритами. Эти зерна пронизывают Солнечную систему.

Иногда можно увидеть, как они входят в атмосферу Земли ночью в виде молний. Гравитационные поля планет имеют эффект увеличения или концентрации этого планетарного пылевого «падения».

Со временем это падение увеличивает массу планеты и меняет ее химический состав. Сатурн — газовый гигант диаметром около 60 000 км, что примерно в 9,5 раз больше, чем у Земли, и массой примерно в 95 раз больше, чем у Земли. Это означает, что он имеет очень большой «гравитационный колодец» (гравитационное поле, окружающее объект в космосе) и очень эффективно направляет пылинки к Сатурну.

траектория столкновения

Кольца простираются от примерно 2000 километров над вершинами облаков Сатурна до примерно 80 000 километров, занимая большое пространство. Когда через него проходит падающая пыль, она может столкнуться с частицами льда в кольцах. Со временем пыль постепенно затемняет кольца и увеличивает их массу.

Cassini-Huygens был автоматическим космическим кораблем, запущенным в 1997 году. Он достиг Сатурна в 2004 году и вышел на орбиту вокруг планеты, где останется до конца миссии в 2017 году. Анализатор космической пыли (CDA).

Используя данные CDA, авторы новой статьи сравнили текущую плотность пыли в космосе вокруг Сатурна с оценочной массой темного пылевого материала в кольцах. Они обнаружили, что кольцам не более 400 миллионов лет, а может быть и 100 миллионов лет. Эти временные масштабы могут показаться большими, но они меньше одной десятой от 4,5 миллиардов лет Солнечной системы.

Это также означает, что кольца не образовались одновременно с Сатурном или другими планетами. С космической точки зрения они являются недавним дополнением к Солнечной системе. Более 90% существования Сатурна их не было рядом.

Звезда Смерти

Это приводит к еще одной загадке: как кольца образовались первыми, учитывая, что все большие планеты и спутники в Солнечной системе сформировались намного раньше? Общая масса колец примерно вдвое меньше, чем у одной из меньших ледяных лун Сатурна, многие из которых имеют массивные следы от ударов на своей поверхности.

В частности, Маленькая Луна Мимаспо прозвищу Звезда Смерти, на его поверхности находится ударный кратер шириной 130 километров под названием Гершель.

Это ни в коем случае не самый большой кратер в Солнечной системе. Однако ширина Мимаса составляет всего около 400 километров, поэтому этому удару не потребовалось гораздо больше энергии, чтобы уничтожить луну. Мимас состоит из водяного льда, как и кольца, поэтому вполне возможно, что кольца могли образоваться в результате такого катастрофического удара.

кольцо дождя

Какой бы ни была их форма, будущее колец Сатурна не вызывает сомнений. Столкновение пылинок с ледяными частицами происходит на очень высоких скоростях, отрывая мелкие фрагменты льда и пыли от исходных частиц.

Ультрафиолетовый свет от солнца заставляет эти части становиться электрически заряженными через фотоэлектрический эффект. Как и у Земли, у Сатурна есть магнитное поле, и после зарядки эти крошечные кусочки льда высвобождаются из системы колец и захватываются магнитным полем планеты.

В соответствии с гравитацией планеты-гиганта они направляются вниз, в атмосферу Сатурна. Этот «кольцевой дождь» впервые наблюдали издалека космические аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2» во время их коротких облетов Сатурна в начале 1980-х годов.

в последние дни Бумага 2018 г. Ученые использовали подсчеты пыли, опять же из CDA, когда «Кассини» пролетал между кольцами и вершинами облаков Сатурна, чтобы увидеть, сколько льда и пыли было потеряно из колец с течением времени. Это исследование показало, что около одного пула колец олимпийского размера теряется в атмосфере Сатурна каждые полчаса.

Эта скорость потока использовалась для оценки того, что, учитывая их нынешнюю массу, кольца, вероятно, исчезнут менее чем через 100 миллионов лет. У этих прекрасных колец бурная история, и если они не будут каким-то образом обновлены, Сатурн поглотит их.

Гарет Дорианнаучный сотрудник в области космических наук, Бирмингемский университет

Эта статья была переиздана с Беседа Под лицензией Creative Commons. Читать Оригинальная статья.