Эффект куколки. Раскрыта тайна самой странной планеты Солнечной системы
27 сентября 2022 16:06
Причины, по которым Сатурн выглядит так необычно, долгое время оставались загадкой. Новое исследование дает убедительный ответ на вопрос о формировании колец. Могли бы они появиться у Земли и как бы тогда изменилось наше небо — в материале РИА Новости.
Пропавшая луна
В последние годы астрономы далеко продвинулись в изучении Сатурна и его 83 спутников. Например, определили химический состав ярких колец (93 процента — лед с незначительными примесями, семь процентов — углерод) и их примерный возраст — около 100 миллионов лет. То есть они сформировались, когда на Земле жили динозавры. Однако откуда взялись окружности, ученые до недавних пор не знали.
Еще одна загадка: почему планета сильно наклонена (26,7 градуса) относительно плоскости, в которой вращается вокруг Солнца. Новое исследование, опубликованное в журнале Science, предлагает ответ на оба вопроса.
Ранее наклон пытались объяснить гравитационным резонансом с Нептуном. Данные аппарата “Кассини”, изучавшего систему Сатурна с 2004 по 2017 год, позволили выяснить, что планета действительно когда-то зависела от Нептуна, но потом “сбежала” из-под его влияния.
© NASA/JPL-Caltech/SSI
Сатурн, запечатленный аппаратом “Кассини” с затененной стороны (2013 год)
Команда астрономов во главе с Джеком Уисдомом из Массачусетского технологического института решила разобраться, почему так произошло. Они попытались представить наклон Сатурна в виде уравнения. Для того чтобы оно соответствовало гравитационной “синхронизации” с Нептуном, не хватало еще одной переменной — небесного тела размером с Япет (это третий по величине спутник Сатурна). Ученые сделали вывод, что когда-то вокруг планеты вращался еще один объект. Гипотетический планетоид назвали Хризалисом, что в переводе с английского означает “куколка”.
Согласно расчетам Уисдома и его коллег, примерно 100-200 миллионов лет назад Хризалис вошел в хаотическую орбитальную зону и “испытал ряд близких контактов” с Япетом и крупнейшим спутником — Титаном. В итоге “куколку” отнесло к Сатурну, и гравитация разорвала ее на куски. Из обломков получились кольца. Лишившись спутника, Сатурн “рассинхронизировался” с Нептуном.
“Подобно куколке бабочки этот спутник долгое время бездействовал, но внезапно стал активным, в результате чего появились кольца”, — сказал Уисдом.
Черный пояс по астрономии
Кольца Сатурна — самые яркие в Солнечной системе (они покрыты льдом, поэтому отражают свет даже сильнее, чем сама планета), но далеко не единственные. Пояса есть у всех четырех газовых гигантов: помимо Сатурна, это Юпитер, Уран и Нептун.
Вторая по сложности система колец — у Урана. Тринадцать концентрических образований черны, как уголь, и почти не отражают свет, так что обнаружить их можно только современными астрономическими средствами. Кольца, вероятно, состоят из водяного льда с примесью органики. В них есть пыль, но преобладают крупные куски — от 20 сантиметров до 20 метров. Считают, что они образовались в результате столкновения спутников.
Однако непонятно, за счет чего система остается стабильной. Обычно для этого нужны так называемые спутники-пастухи. Но достаточного количества таковых у Урана пока не обнаружили.
© NASA/JPL/STScI
На снимке телескопа “Хаббл” хорошо видна структура колец Урана
Тонкие кольца Юпитера впервые заметил космический аппарат “Вояджер-1” в 1979-м. С Земли их разглядеть сложно. С этим справляются телескопы, действующие в инфракрасном диапазоне.
Окружности совпадают с орбитами нескольких спутников Юпитера и состоят из мелких частиц пыли, выброшенных в результате попадания метеоритов в планетоиды. Это нестабильные структуры: чтобы существовать, они должны постоянно пополняться новым материалом — пылью от высокоскоростных столкновений небесных тел.
© NASA / JWST
Телескоп “Джеймс Вебб” запечатлел кольца Юпитера
Еще одна простая система — кольца Нептуна. Их состав — частицы льда, покрытые силикатами, или материалом, основанным на углероде. Это придает окружностям красноватый оттенок. Кроме того, вокруг планеты вращается спутник Тритон, который через несколько миллиардов лет повторит судьбу Хризалиса — разрушится под воздействием гравитации. И тогда возникнет кольцо более мощное, чем у Сатурна.
© NASA/JPL
Кольца Нептуна, запечатленные аппаратом “Вояджер-2” в 1999 году
“В отличие от Сатурна, кольца других планет Солнечной системы маломассивные, — говорит старший научный сотрудник Государственного астрономического института имени Штернберга Владимир Сурдин. — Если собрать в кучу все вещество каждого из колец, то у Сатурна получится “комочек” диаметром 200 километров, а у Юпитера — всего 200 метров. То есть в миллион раз меньше! Для сравнения: у Урана — четыре километра, у Нептуна — один”.
Как показывают визуальные модели, над бразильским городом Макапа, расположенным на экваториальной широте, через небосвод проходила бы тонкая белая полоса. Из Москвы можно было бы наблюдать гигантскую небесную арку. А из Арктики — небольшой “горб”, поднимающийся из-за горизонта.
Окольцованная Земля
Есть вероятность, что у нашего космического дома когда-то тоже были кольца. По словам Сурдина, они могли существовать короткое по астрономическим меркам время после того, как в Землю врезалась гипотетическая планета — Тейя. Обломки, выброшенные в околоземное пространство, образовали окружность, из которой затем получилась Луна.
Сформировавшись, естественный спутник Земли стал фактором, препятствующим возникновению новых земных колец. “Массивная Луна сильно дергает все, что рядом с Землей, поэтому ни одна частица не будет крутиться в этом пространстве долго. Даже искусственные спутники на геостационарных орбитах страдают от этого”, — отмечает Сурдин.
Появлению у Земли колец, как у Сатурна, мешает не только Луна. На нашей орбите они не могут быть ледяными, а значит, столь же яркими: Солнце слишком близко. Это не мешает людям представлять, как выглядело бы небо, будь у голубой планеты такая особенность.
Кольца находились бы всегда в одном и том же месте, их бы видели в любое время суток. Кроме того, иногда на них бы падала гигантская овальная тень от Земли.
Это, вероятно, повлияло бы на климатические условия. “Кольца лежат в районе экватора любой планеты. Земля имеет наклон к плоскости вращения вокруг Солнца. Поэтому кольцо затемняло бы попеременно разные области Земли, бросая тень то к северу, то к югу от экватора. Ненадолго — на четверть года. Из-за этого климат в районе экватора был бы более контрастным. Средние широты это никак не затронет. Разве что небо стало бы еще красивее”, — объясняет Сурдин.
Футуристы не исключают появления у Земли колец техногенного происхождения. Изобретатель Никола Тесла предлагал с помощью гигантских подпорок построить вокруг экватора кольцевую транспортную систему. Позже подпорки следовало убрать, а структура вращалась бы дальше со скоростью планеты. По мысли инженера, если поместить туда космический корабль, а затем остановить систему, аппарат должен стремительно улететь в космос. Но способа затормозить кольцо Тесла так и не придумал. Существуют и современные разработки подобных проектов, однако пока это скорее научная фантастика.
