Кільця Сатурна є однією з перлин Сонячної системи, але, здається, їх час короткий, а існування швидкоплинне.
Нове дослідження показує, що вік кілець становить від 400 мільйонів до 100 мільйонів років, що становить незначну частину віку Сонячної системи. Це означає, що нам просто пощастило жити в епоху, коли гігантська планета має свої чудові кільця. Дослідження також показують, що вони можуть зникнути ще через 100 мільйонів років.
Кільця вперше спостерігав у 1610 році астроном Галілео Галілей, який, завдяки обмеженням роздільної здатності свого телескопа, спочатку описав їх як дві менші планети з кожного боку головної сфери Сатурна, очевидно, у фізичному контакті з нею.
У 1659 році голландський астроном Крістіан Гюйгенс опублікував «Систему Сатурнія» , в якій він першим описав їх як тонку плоску систему кілець, яка не торкалася планети.
Він також показав, як їхній зовнішній вигляд, якщо дивитися з Землі, змінюється, коли дві планети обертаються навколо Сонця, і чому вони, здається, зникають у певний час. Це пов’язано з тим, що їх геометрія огляду така, що ми на Землі періодично бачимо їх ребром.
Кільця видно кожному, хто має пристойний бінокль або скромний телескоп у саду. Білі на тлі блідо-жовтої кулі Сатурна, кільця майже повністю складаються з мільярдів частинок водяного льоду, які сяють, розсіюючи сонячне світло.
Серед цього крижаного матеріалу є відкладення більш темного, пилового матеріалу. У космічній науці «пил» зазвичай відноситься до крихітних частинок кам’янистого, металевого або багатого вуглецем матеріалу, який помітно темніший за лід. Його також спільно називають мікрометеороїдами. Ці зерна пронизують Сонячну систему.
Іноді можна побачити, як вони входять в атмосферу Землі вночі як падаючі зірки. Гравітаційні поля планет мають ефект збільшення або фокусування цього запиленого планетарного «падіння».
З часом це падіння додає планеті масу та змінює її хімічний склад. Сатурн — це масивний газовий гігант з радіусом близько 60 000 кілометрів, що приблизно в 9,5 разів перевищує Землю, і масою приблизно в 95 разів більше Землі. Це означає, що він має дуже великий «гравітаційний колодязь» (гравітаційне поле, що оточує тіло в космосі), який дуже ефективно спрямовує пилові зерна до Сатурна.
Колізійний курс
Кільця простягаються від приблизно 2000 кілометрів над вершинами хмар Сатурна до приблизно 80 000 кілометрів, займаючи велику площу простору. Коли потрапляючий пил проходить крізь нього, він може стикатися з частинками льоду в кільцях. Згодом пил поступово темніє кільця і додає їх масу.
Кассіні-Гюйгенс був роботизованим космічним кораблем, запущеним у 1997 році. Він досяг Сатурна в 2004 році та вийшов на орбіту навколо планети, де залишався до кінця місії в 2017 році. Одним із інструментів на борту був аналізатор космічного пилу (CDA ) .
Використовуючи дані CDA, автори в новій статті порівняли поточну кількість пилу в космосі навколо Сатурна з розрахунковою масою темного пилового матеріалу в кільцях. Вони виявили, що кільця не старше 400 мільйонів років і можуть бути молодими 100 мільйонів років. Це може здатися тривалим часовим масштабом, але він становить менше однієї десятої від 4,5 мільярдів років Сонячної системи.
Це також означає, що кільця не утворилися одночасно з Сатурном чи іншими планетами. Космологічно кажучи, вони є нещодавнім доповненням до Сонячної системи. Понад 90 відсотків існування Сатурна їх не було.
Зірка смерті
Це призводить до ще однієї загадки: як уперше утворилися кільця, враховуючи, що всі основні планети та супутники Сонячної системи утворилися набагато раніше? За оцінками, загальна маса кілець приблизно вдвічі менша, ніж один із менших крижаних супутників Сатурна, багато з яких демонструють величезні ударні властивості на своїх поверхнях.
Один, зокрема, маленький місяць Мімас , який називають Зіркою Смерті, має на своїй поверхні ударний кратер шириною 130 кілометрів під назвою Гершель.
Це далеко не найбільший кратер у Сонячній системі. Однак Мімас має лише близько 400 кілометрів у поперечнику, тому цей удар не потребував би набагато більше енергії, щоб знищити Місяць . Мімас, як і кільця, складається з водяного льоду, тож цілком можливо, що кільця утворилися саме від такого катастрофічного удару.
Кільцевий дощ
Як би вони не сформувалися, майбутнє кілець Сатурна майже не викликає сумнівів. Удар частинок пилу об крижані частинки відбувається на дуже високих швидкостях, що призводить до того, що крихітні фрагменти льоду та пилу відколюються від своїх батьківських частинок.
Ультрафіолетове світло від Сонця викликає у цих фрагментів електричний заряд через фотоелектричний ефект . Як і Земля, Сатурн має магнітне поле, і після заряду ці крихітні крижані фрагменти вивільняються з системи кілець і захоплюються магнітним полем планети.
У поєднанні з гравітацією гігантської планети вони потім направляються в атмосферу Сатурна. Цей «кільцевий дощ» вперше спостерігали здалеку космічні апарати «Вояджер-1» і «Вояджер-2» під час їх коротких прольотів навколо Сатурна на початку 1980-х років.
У новішій статті від 2018 року вчені використовували підрахунок пилу, знову ж таки від CDA, коли Кассіні пролітав між кільцями та вершинами хмар Сатурна, щоб визначити, скільки льоду та пилу втрачається з кілець з часом. Це дослідження показало, що близько одного басейну маси олімпійського розміру з кілець втрачається в атмосфері Сатурна кожні півгодини.
Ця швидкість потоку була використана для оцінки того, що, враховуючи їхню нинішню масу, кільця, ймовірно, зникнуть лише через 100 мільйонів років. Ці прекрасні кільця мають бурхливу історію, і якщо їх якимось чином не поповнити, вони будуть поглинені Сатурном.
