Кольцам Сатурна около 100 миллионов лет, но неясно, как они могли образоваться так недавно. Опоясанный гигант вращается под углом 26.7 градуса относительно плоскости, в которой он вращается вокруг Солнца.
С Наклон Сатурна прецессирует, как волчок, почти с той же скоростью, что и орбита Нептуна, астрономы давно выдвинули гипотезу, что этот наклон является результатом гравитационного взаимодействия с его соседом Neptune.
Хотя две планеты, возможно, когда-то были синхронизированы, астрономы из MIT и другие университеты обнаружили, что Сатурн с тех пор ускользнул от притяжения Нептуна.
Что вызвало такое перераспределение планет?
Команда выдвигает новую гипотезу. Они предположили, что в системе Сатурна ранее существовал дополнительный спутник под названием Кризалис. Вместе с другие луныХризалис вращалась вокруг Сатурна в течение нескольких миллиардов лет, притягивая и притягивая планету таким образом, что ее наклон, или «наклон», сохранялся в резонансе с Нептуном.
Однако считается, что Кризалис стала нестабильной около 160 миллионов лет назад и подошла слишком близко к своей планете в результате столкновения, которое разорвало спутник на части. Утраты Луны было достаточно, чтобы освободить Сатурн от притяжения Нептуна и придать ему современный наклон. Более того, часть фрагментов Кризалис могла остаться на орбите, в конечном итоге распавшись на небольшие ледяные куски, образовав характерные кольца планеты.
Астрономы предполагают, что эта пропавшая луна может объяснить две давние загадки: современный наклон Сатурна и возраст его колец, возраст которых оценивается примерно в 100 миллионов лет — намного моложе, чем сама планета.
Джек Уиздом, профессор планетарных наук Массачусетского технологического института и ведущий автор нового исследования, сказал: «Подобно куколке бабочки, этот спутник долго бездействовал, а затем внезапно стал активным, и появились кольца».
В начале 2000-х годов ученые выдвинули гипотезу, что ось Сатурна наклонена из-за его гравитационного резонанса или связи с Нептуном. Однако «Кассини», космический корабль НАСА, который вращался вокруг Сатурна с 2004 по 2017 год, сделал открытия, которые позволили по-новому взглянуть на проблему. ТитанБыло обнаружено, что самый большой спутник Сатурна, самый крупный спутник Сатурна, мигрирует от Сатурна со скоростью примерно 11 сантиметров в год, что оказалось быстрее, чем ожидалось. Эта быстрая миграция и ее гравитационное притяжение позволили ученым прийти к выводу, что Луна, вероятно, ответственна за наклон Сатурна и поддержание резонанса Сатурна с Нептуном.
Джек Уиздом, профессор планетарных наук Массачусетского технологического института и ведущий автор нового исследования, сказал: «Чтобы добиться прогресса в решении проблемы, нам нужно было определить момент инерции Сатурна».
В этом новом исследовании ученые стремились определить момент инерции Сатурна, используя некоторые из последних наблюдений, сделанных Кассини в его «Гранд Финале», этапе миссии, во время которого космический корабль сделал чрезвычайно близкое сближение, чтобы точно составить карту гравитационного поля. вокруг всей планеты. Гравитационное поле можно использовать для определения распределения массы на планете.
Они смоделировали внутреннюю часть Сатурна и определили распределение массы, соответствующее гравитационному полю, которое наблюдал Кассини. Удивительно, но этот недавно выявленный момент инерции поместил Сатурн близко к резонансу с Нептуном, но сразу за его пределами. Планеты, возможно, когда-то были синхронизированы, но больше нет.
Они начали с моделирования для развития орбитальной динамики Сатурн и его спутники назад во времени. Они хотели определить, могла ли какая-либо естественная нестабильность среди существующих спутников повлиять на наклон планеты. Этот поиск оказался пустым.
Чтобы лучше понять, как ось вращения планеты смещается со временем (так называемая прецессия), ученые пересмотрели математические уравнения, описывающие это явление. В одно слагаемое этого уравнения входят вклады всех спутников. Команда рассудила, что если из этой суммы исключить один спутник, это может повлиять на прецессию планеты.
С помощью моделирования ученые определили свойства Куколки, включая ее массу и радиус орбиты, а также орбитальную динамику, которая потребуется, чтобы вывести Сатурн из резонанса. Они пришли к выводу, что резонанс между Сатурном и Нептуном вызвал текущий наклон планеты, а потеря спутника Кризалис, размером примерно с третий по величине спутник Сатурна Япет, позволила Сатурну избежать резонанса.
Ученые отметили, «Где-то между 200 и 100 миллионами лет назад Хризалис вошла в хаотическую орбитальную зону, пережила несколько близких столкновений с Япетом и Титаном и, в конце концов, подошла слишком близко к Сатурну, в результате столкновения спутник разорвался на куски, оставив небольшую часть окружают планету кольцом, усыпанным обломками».
«Потеря Хризалиды объясняет прецессию Сатурна и его современный наклон, а также позднее формирование его колец».
Мудрость — сказал, «Это довольно хорошая история, но, как и любой другой результат, ее должны будут изучить другие. Но похоже, что этот потерянный спутник был всего лишь куколкой, ожидающей своей нестабильности».
Справочник журнала:
- Джек Уиздом и др. Потеря спутника могла бы объяснить наклон Сатурна и молодые кольца. НАУКА, DOI: 10.1126/наука.abn1234
