Столкновение с Титаном: разгадка тайн наклона Сатурна, его колец и спутника Гипериона
Столкновение с Титаном: как одна космическая катастрофа сформировала облик Сатурна
Два спутника Сатурна — его самый крупный и один из самых необычных — могут быть обязаны своей текущей формой и орбитами древнему столкновению, произошедшему около 400 миллионов лет назад. Согласно новому исследованию, столкновение обреченной луны с гигантским Титаном могло не только породить странный, губкообразный Гиперион, но и запустить цепь событий, приведших к формированию знаменитых колец планеты.
Эта гипотеза, представленная 9 февраля на сервере препринтов arXiv.org, предлагает элегантное решение сразу нескольких загадок системы Сатурна: его необычно большого наклона, молодости колец и орбитальных взаимосвязей некоторых спутников.
Тайна, скрытая в наклоне Сатурна
Первые ключи к разгадке дало взаимодействие Сатурна с Нептуном. Десятилетия планетологи считали, что между газовыми гигантами существует так называемый спин-орбитальный резонанс: ось вращения Сатурна и орбита Нептуна вокруг Солнца прецессировали (покачивались) с почти одинаковой скоростью. Однако данные миссии NASA Cassini, изучавшей Сатурн с 2004 по 2017 год, показали, что эта синхронизация слегка нарушена. Тем не менее, скорости покачивания остаются настолько близкими, что это указывает на разрыв резонанса относительно недавно по космическим меркам — возможно, всего несколько сотен миллионов лет назад.
«Это говорит нам о том, что во внешней системе Сатурна произошло некое возмущение», — объясняет планетолог Матия Чук из Института SETI в Маунтин-Вью, Калифорния.
Два этапа космической катастрофы
Чук и его коллеги предполагают, что это возмущение состояло из двух этапов. Во-первых, некая обреченная луна столкнулась с Титаном. Этот удар изменил гравитационное влияние Титана на ось вращения Сатурна ровно настолько, чтобы нарушить резонанс с Нептуном. Образовавшиеся обломки впоследствии могли слипнуться, сформировав нынешний Гиперион.
Кроме того, столкновение могло вывести Титан на более вытянутую орбиту, которая медленно расширялась на протяжении следующих сотен миллионов лет. Эта орбитальная эволюция Титана, в свою очередь, могла гравитационно спровоцировать замедленную цепную реакцию среди внутренних спутников Сатурна, приведя к их столкновениям и разрушению. В конечном итоге этот процесс породил как величественные кольца, так и новую популяцию молодых внутренних лун.
Гиперион как ключ к разгадке
Ранее планетолог MIT Джек Уиздом и его коллеги предположили, что разрыв связи Сатурна с Нептуном совпал по времени с формированием колец, которые, по мнению некоторых ученых, имеют возраст всего около 150 миллионов лет. Команда Уиздома выдвинула гипотезу о существовании дополнительной луны, названной Хризалис, которая могла влиять на ось Сатурна, а затем была разрушена приливными силами планеты, дав начало кольцам.
«Джек хотел связать эти два события воедино, — комментирует Чук. — Но я думаю, что формирование Гипериона является более прямым указанием». Основываясь на более ранних работах, Чук рассчитал, что Гиперион должен был занять свою нынешнюю орбиту именно в последние 400 миллионов лет — срок, сопоставимый с предполагаемым временем распада резонанса Сатурна и Нептуна.
В новой работе Чук и его команда предполагают, что у Сатурна когда-то была дополнительная луна, которую они называют прото-Гиперион, примерно в четыре раза массивнее гипотетической Хризалис. Компьютерное моделирование столкновения прото-Гипериона с Титаном показало, что Титан выживает, а часть обломков аккрецирует в современный Гиперион — пористое, яйцевидное тело, хаотично кувыркающееся в пространстве.
Альтернативный сценарий формирования колец
Но если Хризалис не было, то откуда взялись кольца? Команда Чука считает, что Титан и Гиперион могут объяснить и это, если предположить существование других, ныне исчезнувших лун. Ученые полагают, что изначально у Сатурна могло быть несколько внутренних спутников, более массивных, чем современные. Измененная орбита Титана после столкновения могла, за сотни миллионов лет, войти в резонанс с одним из таких спутников, изменив его орбиту до тех пор, пока он не столкнулся с другим, запустив процесс разрушения и формирования колец.
Научная дискуссия: необходимы новые данные
Уиздом, однако, не считает сценарий Чука вполне работоспособным. По его мнению, он требует, чтобы все внутренние луны были моложе нескольких сотен миллионов лет. Но, например, Мимас имеет такое количество кратеров, которое указывает на его гораздо более почтенный возраст.
«Их аргументы не опровергают наш сценарий, — заявил Уиздом, добавив, что новое предложение — это „совсем другой, гораздо более сложный сценарий“».
Чук парирует, что Мимас все же может быть молод — его кратеры могли образоваться относительно быстро в хаотичной внутренней системе Сатурна. Оба ученых сходятся в одном: для того чтобы определить, какая из картин более правдоподобна, необходимы более детальные симуляции и моделирование системы Сатурна. Поиск ответов на эти вопросы продолжается, и каждое новое исследование приближает нас к пониманию удивительной истории окольцованного гиганта.
По материалам www.sciencenews.org (Автор
