В ясные ночи, взирая сквозь объектив любительского телескопа, установленного на земной поверхности, Сатурн и его великолепные кольца могут вызвать изумление. Но как же появились эти кольца? И какие тайны могут они раскрыть нам о Сатурне и его спутниках, которые привлекают внимание NASA в связи с возможностью обитания на них? Новая серия мощных компьютерных симуляций предлагает ответ на загадку происхождения колец, который связан с массивным столкновением, произошедшим в далекие времена, когда на Земле еще бродили динозавры.
Согласно последнему исследованию, опубликованному в "Астрофизическом журнале" при участии NASA и других научных организаций, кольца Сатурна могут быть результатом разрушения двух ледяных спутников, которое произошло сотни миллионов лет назад. Обломки, оставшиеся после этого столкновения и не вошедшие в состав колец, также могли способствовать формированию современных спутников Сатурна.
Джейкоб Кегеррайс, ученый NASA из Исследовательского центра Амеса, дал такой комментарий:
Мы до сих пор знаем мало о системе Сатурна, включая его спутники, на которых может существовать жизнь. Именно поэтому использование масштабных компьютерных моделей так важно - они помогают детально исследовать процессы развития этой системы.
Миссия NASA "Кассини" сделала первые шаги в изучении возраста колец Сатурна и его спутников с астрономической точки зрения, вызывая новые вопросы о происхождении колец.
Для расширения знаний на эту тему, исследовательская группа обратилась к суперкомпьютерному центру для распределенных исследований с использованием передовых вычислений (DiRAC) в университете Дарема, Великобритания. Они создали более 200 различных симуляций столкновений между древними спутниками. В отличие от предыдущих исследований, разрешение этих симуляций было увеличено более чем в 100 раз, и они использовали открытый исходный код SWIFT для моделирования. Это позволило ученым лучше понять историю развития системы Сатурна.
Сегодня колеца Сатурна находятся близко к планете, в пределах так называемого предела Роша - самой дальней орбиты, на которой гравитация планеты может разрушить более крупные камни или ледяные объекты, приближающиеся к ней. Материал, находящийся дальше по орбите, может со временем объединяться, образуя новых спутников.
Путем моделирования различных столкновений в более чем 200 симуляциях ученые обнаружили, что разнообразные сценарии столкновений могли собрать необходимое количество льда в пределах орбиты Роша Сатурна, что могло привести к формированию кольцевых структур.
И хотя этот сценарий не предоставляет ответа на вопрос, почему в кольцах Сатурна преобладает лед, а не камень, он остается наиболее вероятным. Этот сценарий естественно ведет к образованию ледяных колец, считают ученые. Когда сталкиваются ледяные спутники-прародители, скальные материалы в их ядрах разлетаются не так широко, как лед.
Эти ледяные и каменистые обломки также могли воздействовать на другие спутники системы, что могло вызвать цепную реакцию столкновений. Это воздействие, возможно, привело бы к уничтожению других древних спутников за пределами кольцевых областей, из которых затем могли сформироваться современные спутники.
Но что могло запустить этот процесс? Два бывших спутника Сатурна, возможно, столкнулись из-за небольших гравитационных воздействий Солнца, которые накапливались и изменяли их орбиты вокруг планеты. При подходящих орбитах дополнительное воздействие Солнца может создать резонанс, который изменяет и наклоняет орбиты лун до того момента, пока они не пересекаются и не приводят к высокоскоростным столкновениям.
Спутник Сатурна, известный как Рея, в настоящее время вращается в орбите, которая находится недалеко от зоны резонанса. Подобно земной Луне, спутники Сатурна мигрируют со временем. Если Рея была старше, она бы пересекла резонанс несколько миллионов лет назад. Однако её орбита остается круглой и плоской, что свидетельствует о том, что она не была затронута резонансом и, вероятно, сформировалась недавно.
Это новое исследование подтверждает теорию о сравнительно недавнем формировании колец Сатурна, однако множество вопросов остаются без ответа. Если некоторые ледяные спутники Сатурна также считаются молодыми, это вызывает интересные вопросы о потенциале жизни в океанах под поверхностью спутников, таких как Энцелад. Эти исследования, основанные на текущих, будут способствовать нашему более полному пониманию этой захватывающей планеты и её ледяных спутников.