Сатурн не всегда имел кольца
Одним из последних актов космического корабля НАСА «Кассини» перед его смертью влететь в атмосферу водорода и гелия Сатурна стало движение между планетой и ее кольцами, и они позволили им потянуть его вокруг, по сути, действуя как гравитационный зонд.
Точные измерения окончательной траектории движения Кассини теперь позволили ученым сделать первую точную оценку количества материала в кольцах планеты, взвесив их в зависимости от силы их гравитационного притяжения.
Эта оценка — около 40 процентов массы луны Сатурна Мимас, которая сама в 2000 раз меньше, чем луна Земли, — говорит им, что кольца сравнительно недавно возникли менее 100 миллионов лет назад и, возможно, совсем недавно, 10 миллионов лет назад. ,
Их молодой возраст ставит перед собой давний спор среди ученых-планетологов. Некоторые считали, что кольца образовались вместе с планетой 4,5 миллиарда лет назад из ледяных обломков, оставшихся на орбите после образования Солнечной системы. Другие считали, что кольца были очень молоды, и что Сатурн в какой-то момент захватил объект из пояса Койпера или комету и постепенно превратил его в обломки орбиты.
Новая оценка массы основана на измерении того, насколько траектория полета Кассини была отклонена гравитацией колец, когда космический аппарат пролетел между планетой и кольцами на своем последнем наборе орбит в сентябре 2017 года. Однако первоначально прогиб не соответствовал прогнозам, основанным на моделях планеты и колец. Только когда команда учитывала очень глубокие потоки ветра в атмосфере на Сатурне — что-то, что невозможно наблюдать из космоса — измерения имели смысл, позволяя им рассчитать массу колец.
«В первый раз, когда я посмотрел на данные, я не поверил в это, потому что я доверял нашим моделям, и потребовалось некоторое время, чтобы осознать, что был какой-то эффект, который изменил гравитационное поле, которое мы не рассматривали», — сказал Буркхард Милитцер. профессор наук о Земле и планетах в Калифорнийском университете в Беркли, который моделирует планетарные интерьеры. «Оказалось, что это огромные потоки в атмосфере на глубине не менее 9000 километров вокруг экваториальной области. Мы предварительно думали, что эти облака похожи на облака на Земле, которые ограничены тонким слоем и почти не содержат массы. Но на Сатурне они действительно массивны. »
Они также рассчитали, что поверхностные облака на экваторе Сатурна вращаются на 4 процента быстрее, чем слой на глубине 9000 километров (около 6000 миль). Этот более глубокий слой вращается на 9 минут дольше, чем вершины облаков на экваторе, который вращается вокруг планеты раз в 10 часов 33 минуты.
«Открытие глубоко вращающихся слоев является удивительным открытием о внутренней структуре планеты», — сказала ученая проекта Кассини Линда Спилкер из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния. «Вопрос в том, что заставляет более быстро вращающуюся часть атмосферы проникать так глубоко и что это говорит нам о внутреннем пространстве Сатурна».
Милитцер также смог рассчитать, что скалистое ядро планеты должно быть в 15-18 раз больше массы Земли, что аналогично предыдущим оценкам.
Команда, возглавляемая Лучано Иессом из Римского университета Сапиенца, Италия, сообщила о своих результатах сегодня в журнале Science .
Кольца Сатурна появились от ледяной кометы?
Более ранние оценки массы колец Сатурна — от половины до одной трети массы Мимаса — были получены при изучении волн плотности, которые распространяются вокруг скалистых ледяных колец. Эти волны вызваны 62 спутниками планеты, включая Мимас, который создает так называемое деление Кассини между двумя самыми большими кольцами, А и В. Мимас является гладким и круглым, диаметром 246 километров. У него большой ударный кратер, который напоминает Звезду Смерти из фильмов о Звездных войнах.
«Люди не доверяют измерениям волн, потому что в кольцах могут быть частицы, которые являются массивными, но не участвуют в волнах», — сказал Милитцер. «Мы всегда подозревали, что была какая-то скрытая масса, которую мы не могли видеть в волнах».
К счастью, когда Кассини приблизился к концу своей жизни, НАСА запрограммировало его на 22 погружения между планетой и кольцами, чтобы исследовать гравитационное поле Сатурна. Наземные радиотелескопы измеряли скорость космического корабля с точностью до доли миллиметра в секунду.
Новое значение массы кольца находится в диапазоне более ранних оценок и позволяет исследователям определять их возраст.
Эти расчеты возраста, проведенные Филиппом Николсоном из Корнелльского университета и Иессом, основывались на связи, которую ученые ранее установили между массой колец и их возрастом. Меньшая масса указывает на более молодой возраст, потому что кольца изначально сделаны из льда и являются яркими, но со временем становятся загрязненными и затемненными межпланетным мусором.
«Эти измерения были возможны только потому, что Кассини пролетел так близко к поверхности в последние часы», — сказал Милитцер. «Это был классический, захватывающий способ завершить миссию».
