Один-единственный сценарий мог бы объяснить некоторые странные особенности космического окружения Сатурна. Проект, целью которого было выяснить происхождение колец планеты и причину расширения орбиты Титана, возможно, дал ответы на гораздо большее количество вопросов, включая, например, почему Титан является единственным спутником с атмосферой плотнее земной. Статья принята к публикации в журнале Planetary Science Journal, а препринт доступен на ArXiv.org.
Происхождение колец Сатурна оставалось загадкой на протяжении четырех столетий. Миссия «Кассини» показала, что они не так сильно покрыты пылью, как можно было бы ожидать, если бы они были очень древними, добавив их в обширный список объектов, которые моложе акул .
Одно из предполагаемых объяснений происхождения — катастрофическое столкновение двух лун, но найти доказательства чего-то, что произошло сотни миллионов лет назад и чьим главным наследием являются ледяные глыбы размером от шариков до автомобилей, довольно сложно.
Однако Матия Чук из Института SETI считает, что такое столкновение могло также быть причиной многих других загадочных особенностей системы, в частности: плоскости орбиты Япета и изменяющегося характера орбит других спутников.
Сатурн испытывает медленное колебание своей оси, известное как прецессия. Земля делает то же самое — явление, которое приводило к ледниковым периодам, поэтому его обнаружение не стало неожиданностью. Прецессия приписывалась Нептуну, но во время своего последнего печального погружения «Кассини» показал, что масса Сатурна сконцентрирована ближе к центру, чем считалось ранее, что меняет наше представление о его угловом моменте. Это может показаться малоизвестной темой, но динамика планеты влияет на её спутники, поэтому данные «Кассини» противоречат предыдущим объяснениям изменений в орбитах некоторых спутников Сатурна, что требует новой теории.
В 2023 году прецессия и происхождение колец были объединены в одном объяснении – что у Сатурна когда-то был дополнительный спутник, которому не повезло вращаться слишком близко к другому, и изменения орбит привели к их столкновению. В этом сценарии кольца представляют собой обломки, образовавшиеся в результате этого столкновения, а часть материала также повлияла на несколько других спутников планеты, изменив их орбиты.
Преимущество этой гипотезы заключается в том, что она объясняет, почему в кольцах много льда и мало камней, в отличие от моделей, в которых спутник Сатурна зашёл за пределы предела Роша и был разорван на части. Тем не менее, Чук и соавторы считают, что это объяснение неполное и упускает из виду нечто важное.
В то время как первоначальная версия этой модели предполагает столкновение двух спутников среднего размера, Чук и его коллеги считают, что столкновение произошло между меньшим спутником и Титаном, крупнейшим спутником Сатурна и вторым по величине спутником в Солнечной системе.
Вместо столкновения почти равных объектов, это больше напоминало бы столкновение Теи с Землей в далеком прошлом. Столкновение Теи выбросило в атмосферу материал, из которого образовалась наша Луна, а также изменило состав Земли. Но из-за гравитации Сатурна Титан не обрел свой собственный спутник. Вместо этого большая часть материала, потерянного при столкновении, стала кольцами, а сконденсированная часть образовала спутник Гиперион , который вращается вокруг Сатурна, а не Титана, как следующий спутник на орбите.
Чтобы прийти к этому выводу, Чуку и соавторам пришлось рассмотреть все остальные внутренние спутники Сатурна.
«Гиперион, самый маленький из главных спутников Сатурна, дал нам важнейшую подсказку об истории системы», — сказал Чук. «В симуляциях, где дополнительный спутник становился нестабильным, Гиперион часто терялся и выживал лишь в редких случаях. Мы установили, что связь между Титаном и Гиперионом относительно молода, ей всего несколько сотен миллионов лет. Это примерно тот же период, когда исчез дополнительный спутник. Возможно, Гиперион не пережил это потрясение, а стал его результатом. Если бы дополнительный спутник слился с Титаном, он, вероятно, образовал бы фрагменты вблизи орбиты Титана. Именно там и образовался бы Гиперион».
Другие наблюдения «Кассини» также вписываются в эту модель. Если поверхность меньшего прото-Титана была полностью очищена в результате столкновения настолько крупного размера, что расплавились внешние слои, это объясняет, почему мы не видим сегодня много ударных кратеров на Титане. Дело не только в атмосфере и углеводородных морях, вызывающих эрозию быстрее, чем на большинстве спутников, но и в том, что у Титана было меньше времени для накопления ударных кратеров по сравнению с другими спутниками.
Орбита Титана также расширяется, что является распространенным явлением среди его спутников, но происходит это с удивительной скоростью. Это становится менее удивительным, если Титан недавно подвергся каким-то потрясениям, по крайней мере, по астрономическим меркам.
В модели Чука потерянный спутник, по-видимому, представлял собой нечто вроде разрушительной силы. До столкновения с Титаном он, возможно, близко сблизился с Япетом, следующим спутником Гипериона. Ни один из этих объектов не был уничтожен, но если предшественник Гипериона был более массивным, это могло бы изменить орбиту Япета, которая сильно наклонена по сравнению с плоскостью орбит всех остальных крупных спутников.
Возможно, самое важное из всего этого — столкновение могло стать причиной того, что Титан является единственным спутником в Солнечной системе с плотной атмосферой. Те, кто сравнивал его атмосферу с атмосферой ранней Земли, возможно, были ближе к истине, чем кто-либо предполагал; возможно, ему всего несколько сотен миллионов лет — примерно столько же, сколько атмосфере Земли, когда зародилась жизнь.
Последствия этого предполагаемого события распространяются и на другие внутренние спутники Сатурна. Как и Титан, орбита спутника Реи также быстро меняется, но в её случае наличие внутренней границы указывает на то, что это изменение не могло продолжаться более 300 миллионов лет. Вместо того чтобы образоваться вместе с Сатурном или непосредственно в результате столкновения с Титаном, авторы считают, что Рея сконденсировалась из материала, выброшенного при втором столкновении. Это, возможно, произошло всего 100 миллионов лет назад и стало бы результатом разрушения, вызванного первоначальным ударом о Титан.
Недавно было обнаружено, что Мимас, аналог «Звезды смерти» Сатурна, обладает внутренним океаном, подобным океанам на Европе и Энцеладе. Однако Чук и соавторы утверждают, что, в отличие от Европы, этот океан демонстрирует признаки недавнего явления, вероятно, являющегося еще одним следствием дестабилизации, вызванной первоначальным столкновением.
Если миссия НАСА «Стрекоза» продвинется достаточно далеко, чтобы не стать жертвой сокращения бюджета, то до выяснения того, верно ли всё это, или же это слишком идеальное объяснение, может пройти восемь лет. Хотя миссия «Стрекоза» в первую очередь предназначена для изучения возможности существования жизни на Титане, она должна позволить нам определить возраст многих аспектов этого гигантского спутника, что в значительной степени подтвердит или опровергнет эти идеи.
