Кассини, маленький космический корабль, который мог, выходит в огне. В течение следующих четырех месяцев самый сложный зонд из когда-либо сделанных будет хрупко танцевать между Сатурном и ее ледяными кольцами, захватывая захватывающие изображения этого никогда не исследованного региона. В этом грандиозном финале своего 20-летнего путешествия Кассини обратит новое внимание на происхождение того, что уже является самым гламурным и загадочным набором колец в Солнечной системе.
Связанный контент
- Кассини отправляет первые снимки из своих погружений на Сатурне
- Пока, Кассини, цепкий космический зонд, раскрывающий секреты Сатурна
- Проверьте новые фотографии Сатурна с последней орбиты Кассини
Для астрономов самая стойкая загадка об этих кольцах - их возраст. Несмотря на то, что долгое время считалось древним, в последние годы их дряхлость стала предметом споров, свидетельствуя о более юном образовании. Теперь новое исследование подтверждает идею, что кольца Сатурна имеют миллиарды, а не миллионы лет.
В какой-то момент в истории Сатурна диск пыли и газа вокруг Луны объединился в невероятные кольца, которые мы видим сегодня. Некоторые из лун, которые проникают в эти кольца и выходят из них, могли образоваться из одного и того же материала, а это означает, что датировка этих лун может помочь нам сосредоточиться на возрасте колец Сатурна. Но согласно новому исследованию, три из этих внутренних лун старше, чем предполагали ученые, намекая на древнее происхождение колец.
«Это очень крутая головоломка, потому что все связано», - сказал Эдгард Ривера-Валентин из Обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико. Вместо того, чтобы справляться с возрастами всех лун и колец, Ривера-Валентин медленно, шаг за шагом, постепенно преодолевает трудности. «Я пытаюсь вырезать один кусок» головоломки, говорит он.
В 2016 году Ривера-Валентин начал использовать новые компьютерные модели для изучения истории столкновений спутников Сатурна Япета и Реи и обнаружил, что они сформировались на ранних этапах жизни Солнечной системы в 4, 6 миллиарда лет. Его выводы, которые он представил на конференции по лунным и планетным наукам в Техасе в марте, подтверждают идею о том, что кольца Сатурна старше, чем мы думали.
Помимо того, что кольца и луны Сатурна могут быть интригующими сами по себе, они могут дать подсказки тем, кто охотится на кольцевых планетах за пределами нашей Солнечной системы. До сих пор была идентифицирована только одна кольцевая экзопланета, что кажется странным, учитывая, что все четыре газовых гиганта в нашей собственной системе имеют кольца. Если луны и кольца Сатурна молоды, это может дать объяснение.
«Если бы кольца Сатурна были молоды, то (гипотетический) наблюдатель, смотрящий на нашу солнечную систему, не увидел бы их, если бы смотрел, скажем, миллиард лет назад», - сказал Фрэнсис Ниммо, ученый-планетолог, который изучает происхождение ледяных миров в Калифорнийский университет в Санта-Круз.
Возможно, в других мирах также есть недолговечные кольца, краткие появления которых в длинной линзе пространства-времени затрудняют их обнаружение с Земли. В этом случае, подобно тому, как кто-то за пределами Солнечной системы будет иметь ограниченную возможность шпионить за кольцами вокруг Сатурна, наблюдатели-люди также будут ограничены в своей способности обнаруживать окруженные миры.
Долгоживущие луны и кольца, с другой стороны, могут означать, что такие миры распространены и могут прятаться на виду - либо теряются за десятилетия данных, либо блокируются технологическими ограничениями.
Это изображение в ложном цвете создавалось с использованием радиосигналов, посылаемых Кассини обратно на Землю через кольца Сатурна. (NASA / JPL) Древние шрамы
Когда дело доходит до подсчета возраста других миров, ученые в значительной степени полагаются на кратеры. Связывая шрамы от ударов с периодами тяжелых бомбардировок в Солнечной системе, они могут приблизительно оценить, сколько лет поверхности, что обеспечивает верхний предел для самого мира. Предыдущие исследования показали, что кольцам и лунам Сатурна всего 100 миллионов лет, что делает их относительно молодыми в жизни Солнечной системы.
Проблема в том, как Солнечная система вела себя в прошлом, является предметом постоянных дискуссий. В 2005 году появилась новая теория, согласно которой Уран и Нептун танцуют друг с другом, отбрасывая ледяные осколки внутрь к остальным планетам. Но согласно исследованиям Риверы-Валентин, этот материальный дождь (известный как Поздняя тяжелая бомбардировка) полностью уничтожил бы самую молодую луну Сатурна, Мимаса.
Ривера-Валентин решил проработать проблему с другого конца. В прошлом он работал со студентом, чтобы вычислить, сколько мусора врезалось в Япета, который, по его словам, должен быть самой старой луной в любой модели. Используя аналогичную технику, чтобы выяснить, сколько материала нанесли вред другой луне, Реи, он обнаружил, что спутник подвергся бомбардировке гораздо меньше, чем Япет.
Это может быть потому, что количество материала, попавшего на Луну, было меньше, чем рассчитывалось ранее. Или это может быть потому, что Рея сформировалась намного позже Япета, возможно, вскоре после поздней тяжелой бомбардировки, которая произошла 3, 9 миллиарда лет назад. Но, основываясь на количестве кратеров, шрамы Реи означают, что он не может быть таким молодым, как предсказывали некоторые модели.
«Таким образом, модель, которая сказала, что они могли сформироваться 100 миллионов лет назад, я могу, по крайней мере, сказать нет, это, вероятно, не тот случай», - сказал Ривера-Валентин. Тем не менее, модели, предполагающие, что Рея сформировалась во время поздней тяжелой бомбардировки, все работают с кратерной историей Луны. Уничтожив одну из опор для более молодых колец, исследования Риверы-Валентин помогли обосновать тот факт, что спутники Сатурна имеют гораздо более древнее происхождение.
Возвращение часов
Так как метод истории кратеров так зависит от нашего понимания эволюции Солнечной системы, Ниммо решил использовать другую тактику, чтобы проводить эпоху Луны. Его исследования показали, что луне должно быть не менее нескольких сотен миллионов лет, исключая модели, которые устанавливают ее только на 100 миллионов лет.
«Вы можете перевести часы назад и посмотреть, где они были раньше», - сказал Ниммо. Предыдущее исследование на эту тему поставило Мимаса рядом с Сатурном всего полмиллиарда лет назад, предполагая, что он мог быть молодым. Тем не менее, это исследование предполагало, что луны в прошлом вели себя так же, как и сегодня.
Ниммо, с другой стороны, исследовал, как они могли взаимодействовать по-разному, когда были моложе. «Несмотря на то, что сейчас спутники движутся довольно быстро, они раньше не двигались так быстро, и поэтому спутникам легко может быть 4 миллиарда лет», - сказал он.
Ниммо развернул динамику двух из более чем 60 лун, чтобы найти больше доказательств их древнего образования. В отличие от предыдущей модели, которая перематывает спутники на основе их сегодняшних орбит, он объяснил, как Сатурн мог повлиять на спутники. Сатурн дергает спутники, когда они вращаются, а спутники - друг друга. Эти постоянные притяжения нагревают свои центры, а затем тепло движется к поверхности.
«Требуется время, чтобы эта температура распространилась наружу, потому что тепло проводится только с определенной скоростью, поэтому мы можем использовать эту временную шкалу», - сказал он.
На Дионе плавный лед заполнил некоторые из ударных бассейнов. Если бы само столкновение растопило лед, кратеры расслабились бы на поверхности, сказал Ниммо. Вместо этого тепло должно исходить от рывков по соседству. Он использовал таяние в качестве термометра, чтобы определить, что луне минимум несколько сотен миллионов лет, хотя она могла легко существовать около 4, 5 миллиардов лет. Это исключает модели, которые датируют Луну всего 100 миллионами лет.
В будущих исследованиях Ниммо надеется исследовать другую луну, такую как Тетис, чье быстрое движение должно помочь сузить время вокруг ее рождения. И хотя его исследования, основанные на предыдущей работе, проделанной Джимом Фуллером в Калифорнийском технологическом институте, содержат некоторые ограничения на рождение спутников, разница в возрасте остается большой. «Это не решит все проблемы», - сказал он.
Кольчатые экзопланеты
До сих пор единственной известной кольцевой экзопланетой является J1407b, молодой мир, в котором спортивные чудовища колец в 200 раз больше, чем у Сатурна, и могут напоминать газовых гигантов ранней солнечной системы.
«Идея состоит в том, что кольца Сатурна были когда-то такими большими», - сказал Мэтт Кенворти из Лейденской обсерватории, который возглавлял команду, которая определила кольца монстров в 2015 году. Со временем газ и пыль могли образовывать спутники, падая на поверхность, или сдулся солнечным ветром. Понимание того, являются ли луны и, возможно, кольца древними, может помочь выявить, несет ли Сатурн остатки этих изначальных колец.
Если кольца Сатурна старые, это должно означать, что они существуют вокруг других экзопланет. Так почему до сих пор был идентифицирован только один мир? По словам Кенворти, это отчасти связано со временем. Чтобы обнаружить газового гиганта достаточно далеко от его солнца, чтобы удержать ледяные кольца, нужны данные за 10 лет, информация, которая была собрана только недавно.
«Мы, вероятно, наткнулись на одного из многих, которые уже находятся в данных, и это просто вопрос копания старых данных», - сказал Кенворти.
