Сатурн пожирает свои кольца. Через 100 миллионов лет они исчезнут

Исследование НАСА показало, что Сатурн, планета колец, теряет свои кольца. Наблюдения, сделанные десятилетиями назад Voyager 1 и Voyager 2, показывают, что Сатурн пожирает свои собственные кольца. Частицы, составляющие эти поразительные структуры, падают на планету в виде дождя из пыли и льда, движимого гравитационным и магнитным полем Сатурна.

«По нашим оценкам, этот «кольцевой дождь» истощает количество водных продуктов, которые могут заполнить олимпийский бассейн из колец Сатурна за полчаса», – сказал Джеймс О’Донохью, ведущий автор исследования. «Кольцам осталось жить менее 100 миллионов лет. Это относительно мало по сравнению с возрастом Сатурна, которому более 4 миллиардов лет».

Исследование фактически началось с ученых, пытающихся выяснить, образовался ли Сатурн сразу его кольцами или приобрел их позже. Второй сценарий представляется более вероятным, по мнению команды. На самом деле, по их оценкам, кольца не старше 100 миллионов лет. Команда основывала этот возраст на том, сколько потребуется C-образному кольцу для формирования (гипотетической) исходной структуры, подобной B-образному кольцу. 

Существует множество теорий относительно того, как Сатурн получил свои кольца. Если они моложе самой планеты, кольца могут быть результатом столкновений между Сатурном и маленькими ледяными лунами.

Тем не менее, обнаружение того, что Сатурн приобрел свои кольца позже в жизни, возможно, омрачено осознанием того, что он в конечном итоге потеряет их. О’Донохью говорит, что нам «повезло быть рядом», пока у Сатурна все еще есть кольца. Они, вероятно, в середине своей жизни, добавляет он. Другая сторона медали в том, что мы, возможно, упустили возможность увидеть столь же пышные кольцевые системы вокруг Юпитера, Урана и Нептуна. Хотя у этих газовых гигантов сегодня есть кольцевые системы, но они очень тонкие.

Первые намеки на то, что кольца Сатурна падают на планету, пришли из показаний Вояджера о (казалось бы) несвязанных явлениях: вариациях ионосферы Сатурна (электрически заряженная верхняя атмосфера), вариациях плотности в ее кольцах и трех темных полосах планеты. Эти полосы окружают планету на больших высотах (стратосфера) в северных средних широтах, впервые обнаружены миссией Вояджер 2 в 1981 году.

Позже, исследователь НАСА по имени Джек Коннерни связал эти полосы с огромным магнитным полем планеты. Гипотеза Коннерни состояла в том, что полосы образуются в виде электрически заряженных частиц льда из колец Сатурна, стекающих по линиям магнитного поля. Крошечные частицы могут получить электрический заряд от ультрафиолетового света от Солнца или от плазменных облаков, исходящих от микрометеороидов, воздействующих на кольца.

По сути, вода, вливающаяся в верхние слои атмосферы планеты, и сформировала эти полосы. Вода буквально смывает туман в стратосфере Сатурна, делая их менее отражающими от света – поэтому полосы кажутся темнее. Так что же на самом деле заставляет кольца падать? Ну, они обычно находятся на орбите благодаря взаимодействию между гравитационным полем планеты (которое притягивает их вниз) и центробежной силой, создаваемой вращением колец (которое выталкивает их наружу или «вверх»).

Однако, все становится более сложным, когда магнитное поле Сатурна становится вовлеченным. Те электрически заряженные частицы, о которых мы говорили ранее, также начинают ощущать притяжение магнитного поля планеты, которое изгибается к Сатурну на его кольцах. В некоторых частях колец этого магнитного притяжения достаточно, чтобы резко изменить баланс сил на частицах – оно нейтрализует, в некоторой степени, центробежную силу. Гравитация овладевает частицами на планете.

Эти падающие частицы воды химически реагируют в ионосфере Сатурна, генерируя ионы H3 +. О’Донохью обнаружил эти ионы с помощью телескопа Keck в Мауна-Кеа, Гавайи, поскольку ионы H3 + светятся в инфракрасном свете. Команда увидела светящиеся инфракрасные полосы в северном и южном полушариях Сатурна, где линии магнитного поля проникают на планету. 

Анализируя выход инфракрасного света, команда вычислила количество падающей кольцевой материи (то есть, насколько быстро кольца уменьшаются). Наибольший приток ледяного льда наблюдается в южной части Сатурна. 

Команда говорит, что наблюдение Сатурна во время его движения вокруг Солнца (на 29,4-летней орбите) окончательно подтвердит или опровергнет результаты. На своем пути кольца Сатурна будут подвергаться различным степеням ультрафиолетового света – который заряжает частицы льда в кольцах. Если исследователи обнаружат, что различные уровни воздействия солнечного света изменяют количество «дождя» на Сатурне, выводы исследования будут подтверждены.

Статья «Наблюдения за химическим и тепловым откликом «кольцевого дождя» на ионосферу Сатурна» была опубликована в журнале Icarus в апреле 2019-го. 

Вас также может заинтересовать:

• Полярный шестиугольник Сатурна – самое туманное место в Солнечной системе
• Спустя 40 лет у Вояджер все еще есть инструменты для связи с NASA
• В поисках понимания сияний Сатурна