Вчені встановили скільки років кільцям Сатурна

Дослідження CU Boulder показує, що кільця Сатурна набагато молодші за саму планету — приблизно 400 мільйонів років, але їх походження залишається загадкою. Нове дослідження показало, що кільцям Сатурна, ймовірно, не більше 400 мільйонів років, що набагато молодше самої планети, якій приблизно 4,5 мільярда років. Дослідницька група проаналізувала накопичення пилу на кільцях, використовуючи дані аналізатора космічного пилу на борту космічного корабля Cassini NASA, дійшовши висновку, що кільця збирали пил лише кілька сотень мільйонів років. Однак походження кілець Сатурна залишається невідомим, і попередні дослідження показують, що вони можуть поступово зникати через льодовий дощ, що падає на планету.

Нове дослідження під керівництвом фізика Саші Кемпфа з Університету Колорадо в Боулдері надало найпереконливіші докази того, що кільця Сатурна надзвичайно молоді, потенційно відповідаючи на питання, яке турбує вчених більше століття. Дослідження, опубліковане 12 травня в журналі Science Advances, прив’язує вік кілець Сатурна до 400 мільйонів років. Це робить кільця набагато молодшими за сам Сатурн, якому приблизно 4,5 мільярда років.

«У певному сенсі ми завершили питання, яке почалося з Джеймса Клерка Максвелла», — сказав Кемпф, доцент Лабораторії фізики атмосфери та космосу (LASP) університету Боулдер.

Дослідники прийшли до цього висновку, вивчаючи те, що може здатися незвичайним предметом: пил. Кемпф пояснив, що крихітні зерна кам’яного матеріалу промивають сонячну систему Землі майже постійно. У деяких випадках цей потік може залишати після себе тонкий шар пилу на планетарних тілах, зокрема на льоду, який утворює кільця Сатурна.

У новому дослідженні він і його колеги вирішили встановити дату на кільцях Сатурна, вивчивши, як швидко накопичується цей шар пилу — схоже на те, скільки років будинку, проводячи пальцем по його поверхні.

«Подумайте про каблучки, як про килим у вашому домі», — сказав Кемпф. «Якщо у вас є чистий килим, вам просто потрібно почекати. Пил осідає на вашому килимі. Те саме стосується кілець».

Це був важкий процес: з 2004 по 2017 роки команда використовувала інструмент під назвою Cosmic Dust Analyzer на борту останнього космічного корабля NASA Cassini для аналізу частинок пилу, що летить навколо Сатурна. За ці 13 років дослідники зібрали лише 163 зерна, які походять з-за меж планети. Але цього було достатньо. Виходячи з їхніх розрахунків, кільця Сатурна, ймовірно, збирали пил лише кілька сотень мільйонів років.

Іншими словами, кільця планети — це нові явища, які виникають (і потенційно навіть зникають) у космічні терміни, що збігається з кліпом ока.

«Ми приблизно знаємо, скільки років кільцям, але це не вирішує інших наших проблем», — сказав Кемпф. «Ми досі не знаємо, як утворилися ці кільця».

Від Галілея до Кассіні

Дослідників захоплювали ці, здавалося б, напівпрозорі кільця понад 400 років. У 1610 році італійський астроном Галілео Галілей вперше спостерігав ці особливості в телескоп, хоча він не знав, що це таке. (Оригінальні малюнки Галілея роблять кільця схожими на ручки глечика з водою). У 1800-х роках Максвелл, вчений із Шотландії, дійшов висновку, що кільця Сатурна не можуть бути суцільними, а складаються з багатьох окремих частин.

Сьогодні вчені знають, що на Сатурні є сім кілець, які складаються з незліченних шматків льоду, більшість з яких не більші за валун на Землі. Загалом цей лід важить приблизно вдвічі менше, ніж супутник Сатурна Мімас, і простягається майже на 275 000 миль від поверхні планети. Кемпф додав, що протягом більшої частини 20-го століття вчені припускали, що кільця, ймовірно, утворилися в той самий час, що й Сатурн.

Але ця ідея підняла кілька проблем, а саме: кільця Сатурна виблискують чистотою. Спостереження показують, що ці елементи складаються приблизно з 98% чистого водяного льоду за об’ємом, лише з невеликою кількістю кам’яної речовини.

«Майже неможливо отримати щось настільки чисте», — сказав Кемпф.

Кассіні запропонував можливість встановити остаточний вік кілець Сатурна. Космічний корабель вперше прибув до Сатурна у 2004 році і збирав дані, поки він цілеспрямовано не врізався в атмосферу планети у 2017 році. Аналізатор космічного пилу, який мав форму трохи ковша, зачерпував дрібні частинки, коли вони пролітали повз.

Інженери та вчені з LASP розробили та створили набагато складніший аналізатор пилу для майбутньої місії NASA Europa Clipper, запуск якої запланований на 2024 рік. Команда підрахувала, що цей міжпланетний бруд щороку буде вносити набагато менше ніж грам пилу на кожен квадратний фут кілець Сатурна — легка бризка, але достатньої, щоб з часом збільшитися. Попередні дослідження також припускали, що кільця можуть бути молодими, але не включали остаточних показників накопичення пилу.

Удача

Кільця вже можуть зникнути. У попередніх дослідженнях вчені NASA повідомили, що лід повільно опадає на планету і може повністю зникнути ще через 100 мільйонів років.

За словами Кемпфа, те, що ці ефемерні особливості існували в той час, коли Галілей і космічний корабель «Кассіні» могли їх спостерігати, здається занадто гарним, щоб бути правдою, і це просить пояснення того, як взагалі з’явилися кільця. Деякі вчені, наприклад, припустили, що кільця Сатурна могли утворитися, коли гравітація планети розірвала один із супутників.