Команда исследователей представила новую модель происхождения колец Сатурна, используя результаты, которые были получены с помощью компьютерного моделирования. Примечателен тот факт, что полученные итоги можно применить не только к Сатурну, но и к другим планетам-гигантам с кольцами. Кроме того, данное исследование объясняет композиционные различия между кольцами Сатурна и Урана. Начальный этап эксперимента был организован 6 октября.
Ведущим автором работы является Хиодо Рики (из университета в Кобе, Высшая школа науки, Япония). Основу его команды представляют следующие лица: профессор Себастьен Шарно (из института физики в Париже, Франция), профессор Отсуки Кейджи (из университета в Кобе, Высшая школа науки, Япония), а также доцент Генда Хиденори (из Токийского технологического института, Япония).
Планеты-гиганты в нашей Солнечной системе имеют весьма разнообразные кольца. Неоднократные наблюдения показали, что кольца Сатурна на 95% состоят из частиц льда, в то время как кольца Урана и Нептуна гораздо темнее и имеют больше каменных образований. Кольца Сатурна были впервые обнаружены в 17-м веке, а их исследование расширилось с использования наземных телескопов до космических аппаратов (таких как «Вояджер» и «Кассини»). Тем не менее, о точном происхождении колец на тот момент было говорить еще рано, поскольку механизм их образования был неясен, как и формирование других кольцевых систем в целом.
Последнее исследование было в основном сосредоточено на периоде Поздней тяжелой бомбардировки (лунный катаклизм, последняя метеоритная бомбардировка, от 4,1 до 3,8 млрд лет назад). Считается, что несколько тысяч объектов из пояса Койпера, размер которых был сопоставим с Плутоном, существовали у внешних границ Солнечной системы, а именно за пределами орбиты Нептуна. Ученые подсчитали и пришли к выводу, что вероятность их уничтожения во время того самого периода весьма высока, поскольку эти объекты приблизились достаточно близко к планетам-гигантам. Результаты показали, что Сатурн, Уран и Нептун испытали тесные сближения с этими объектами несколько раз.
Источник фото: twitter.com
Вышеупомянутые авторы исследования представили схематичное изображение процесса формирования кольца. Пунктирные линии показывают расстояние, на котором гравитация планет-гигантов является достаточно сильной для того, чтобы спровоцировать приливную силу и некий распад. На изображении А объекты пояса Койпера проходят рядом с планетой-гигантом. Далее, в результате сильной приливной силы и распада, некоторые фрагменты попадают на орбиту планеты. В конечном итоге, рано или поздно, происходят повторные столкновения этих самых фрагментов. В результате подобных действий, орбита каждого разрушенного объекта постепенно выравнивается и становится более округлой, ввиду чего и формируются текущие кольца.
Следующим шагом для команды исследователей стало активное использование компьютерного моделирования, чтобы проанализировать разрушение объектов из пояса Койпера приливной силой в тот момент, когда они проходили рядом с планетами-гигантами.
Конечные результаты при использовании компьютерных методов варьировались в зависимости от изначально заданных условий, к которым можно отнести вращение проходящих объектов, а также их минимальное расстояние для «захода» на орбиту планеты-гиганта. Тем не менее, ученые обнаружили, что во многих случаях фрагменты объектов, масса которых после распада составляла от 0,1 до 10% от исходной, были так или иначе «захвачены» орбитой. Здесь можно провести некую параллель с объяснением массы действующих колец Сатурна и Урана. Другими словами, эти планетарные кольца были образованы тогда, когда достаточно крупные объекты подошли на очень близкое расстояние к планетам-гигантам и были уничтожены.
Источник фото: vickym72.deviantart.com
Кроме того, исследователи также смоделировали эволюцию «захваченных» фрагментов, используя высокопроизводительные мощности и компьютеры в Национальной обсерватории Японии. В результате данной симуляции было выявлено, что объекты, попавшие на орбиту планеты-гиганта и имеющие размер в несколько километров, многократно испытывают столкновения на высокой скорости. Именно поэтому и происходит их постепенный распад на более мелкие частицы. Подобный процесс привел к формированию колец, которые мы можем наблюдать сегодня.
Следует также отметить композиционную разницу между кольцами Сатурна и Урана. По сравнению с Сатурном, Уран, а также Нептун, имеют более высокую плотность. Средняя плотность Урана составляет 1,27 г на кубический сантиметр. У Нептуна данный показатель немного выше — 1,64 г на кубический сантиметр. Плотность Сатурна составляет 0,69 г на кубический сантиметр. Это означает, что в случае Урана и Нептуна, объекты могут проходить в непосредственной близости от самой планеты, где потом они испытывают чрезвычайно сильную приливную силу (Сатурн имеет более низкую плотность и высокое соотношение диаметра к массе, ввиду чего объекты могут пройти очень близко и столкнуться с самой планетой).
Если объекты пояса Койпера имеют слоистую структуру (например каменное ядро и ледяную поверхность) и проходят мимо Урана или Нептуна, то даже само ядро объекта подвергнется разрушению и «захвату» со стороны орбиты планеты-гиганта. Именно это и объясняет различный состав колец (включая ледяной, каменистый и др.)
Результаты данного исследования демонстрируют тот факт, что процесс формирования планетарных колец является естественным. Это, в свою очередь, означает, что кольца других планет, скорее всего, были образованы идентичным образом.
