Новое исследование, проведенное под руководством физика Саши Кемпф из Университета Колорадо в Боулдере, представило самые убедительные доказательства того, что кольца Сатурна удивительно молоды, что потенциально дает ответ на вопрос, который ставил ученых в тупик более века.
Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, оценивает возраст колец Сатурна не более 400 миллионов лет. Это делает кольца намного моложе самого Сатурна, которому около 4,5 миллиардов лет.
«В каком-то смысле мы получили ответ на вопрос, который начался с Джеймса Клерка Максвелла», — сказал Кемпф, доцент Лаборатории физики атмосферы и космоса (LASP) в Калифорнийском университете в Боулдере.
Кемпф объяснил, что крошечные крупинки каменистого материала почти постоянно омывают Солнечную систему Земли. В некоторых случаях этот поток может оставлять тонкий слой пыли на телах планет, в том числе на льду, из которого состоят кольца Сатурна.
В новом исследовании он и его коллеги намеревались установить дату колец Сатурна, изучая, как быстро накапливается этот слой пыли — это немного похоже на то, как определить, сколько лет дому, проведя пальцем по его поверхности.
«Думайте о кольцах как о ковре в вашем доме», — сказал Кемпф. «Если у вас есть чистый ковер, вам просто нужно подождать. Пыль осядет на ваш ковер. То же самое относится и к кольцам».
Это был трудный процесс: с 2004 по 2017 год команда использовала прибор под названием «Анализатор космической пыли» на борту последнего космического корабля НАСА «Кассини» для анализа пылинок, летающих вокруг Сатурна. За эти 13 лет исследователи собрали всего 163 зерна, происходящих из-за пределов ближайшего окружения планеты. Но этого было достаточно. По их расчетам, кольца Сатурна, вероятно, собирали пыль всего несколько сотен миллионов лет.
Кольца планеты, другими словами, представляют собой новые явления, возникающие (и, возможно, даже исчезающие) за мгновение ока по космическим меркам.
«Мы приблизительно знаем, сколько лет кольцам, но это не решает ни одной из наших других проблем», — сказал Кемпф. «Мы до сих пор не знаем, как образовались эти кольца».
Исследователи были очарованы этими, казалось бы, полупрозрачными кольцами более 400 лет. В 1610 году итальянский астроном Галилео Галилей впервые наблюдал эти особенности в телескоп, хотя и не знал, что это такое. (На оригинальных рисунках Галилея кольца немного напоминают ручки кувшина с водой). В 1800-х годах Максвелл, ученый из Шотландии, пришел к выводу, что кольца Сатурна не могут быть сплошными, а состоят из множества отдельных частей.
Сегодня ученые знают, что на Сатурне есть семь колец, состоящих из бесчисленных кусков льда, большинство из которых не больше валуна на Земле. В целом этот лед весит примерно вдвое меньше, чем спутник Сатурна Мимас, и простирается почти на 175 000 миль от поверхности планеты.
Кемпф добавил, что на протяжении большей части 20-го века ученые предполагали, что кольца, вероятно, образовались в то же время, что и Сатурн.
Но эта идея вызвала несколько вопросов, а именно, кольца Сатурна сверкают чистотой. Наблюдения показывают, что эти объекты состоят примерно на 98% из чистого водяного льда по объему и лишь с небольшим количеством каменистого вещества.
«Почти невозможно получить что-то настолько чистое», — сказал Кемпф.
Кассини дал возможность определить возраст колец Сатурна. Космический корабль впервые прибыл к Сатурну в 2004 году и собирал данные, пока не врезался в атмосферу планеты в 2017 году. Анализатор космической пыли, который по форме немного напоминал ведро, собирал мелкие частицы, когда они проносились мимо.
Инженеры и ученые LASP разработали и построили гораздо более сложный анализатор пыли для предстоящей миссии НАСА Europa Clipper, запуск которой запланирован на 2024 год.
Команда подсчитала, что эта межпланетная грязь будет приносить гораздо меньше грамма пыли на каждый квадратный фут колец Сатурна каждый год — небольшое количество пыли, но достаточное, чтобы накапливаться с течением времени. Предыдущие исследования также предполагали, что кольца могут быть молодыми, но не включали окончательных показателей накопления пыли.
Кольца могут уже исчезнуть. В предыдущем исследовании ученые НАСА сообщили, что лед медленно обрушивается на планету и может полностью исчезнуть еще через 100 миллионов лет.
То, что эти эфемерные объекты существовали в то время, когда Галилей и космический аппарат Кассини могли их наблюдать, кажется слишком хорошим, чтобы быть правдой, сказал Кемпф, и это требует объяснения того, как кольца сформировались в первую очередь. Некоторые ученые, например, предполагают, что кольца Сатурна могли образоваться, когда гравитация планеты разорвала на части один из ее спутников.
«Если кольца недолговечны и динамичны, почему мы видим их сейчас?» он сказал. «Это слишком большая удача».
