Нове моделювання проливає світло на походження кілець Сатурна

Нова серія суперкомп’ютерних симуляцій запропонувала відповідь на таємницю походження кілець Сатурна, яка включає в себе масштабне зіткнення в недавній історії Сонячної системи, якій 4,5 мільярда років. Згідно з новими дослідженнями, опублікованими в The Astrophysical Journal за участю NASA та університетів Дарема та Глазго, кільця Сатурна могли розвинутися з уламків двох крижаних супутників-попередників, які зіткнулися та розбилися лише кілька сотень мільйонів років тому.

Ймовірно, вони були б подібні за розміром до двох нинішніх супутників Сатурна, Діони та Реї.

Уламки, які не потрапили в кільця, також могли сприяти формуванню деяких із сучасних супутників Сатурна. Більшість сучасних високоякісних вимірювань Сатурна були зроблені космічним кораблем Cassini. Після виходу на орбіту Сатурна у 2004 році він витратив 13 років на вивчення планети та її систем.

Апарат «Кассіні» отримав точні дані, проходячи повз і навіть занурюючись у щілину між кільцями Сатурна та самою планетою. Кассіні виявив, що кільця є майже чистим льодом і накопичили дуже мало пилу з моменту їх утворення, припускаючи, що вони утворилися протягом кількох останніх відсотків життя Сонячної системи.

Спонукувана надзвичайною молодістю кілець, дослідницька група звернулася до машини COSMA, розміщеної в Даремському університеті як частини британського DiRAC (розподілене дослідження з використанням передових обчислень).

Команда змоделювала, як могли виглядати різні зіткнення між місяцями-попередниками. Ці гідродинамічні моделювання проводилися за допомогою програмного забезпечення з відкритим вихідним кодом SWIFT з роздільною здатністю більш ніж у 100 разів вищою, ніж попередні дослідження, що дало вченим найкраще розуміння історії системи Сатурна.

Доктор Вінсент Еке, доцент кафедри фізики/Інституту обчислювальної космології Даремського університету, сказав: «Ми перевірили гіпотезу про недавнє утворення кілець Сатурна та виявили, що удар крижаних супутників може посилати достатню речовини поблизу Сатурна, щоб утворити кільця, які ми бачимо зараз.

«Цей сценарій природним чином призводить до кілець, багатих льодом, оскільки, коли супутники-прародителі стикаються один з одним, порода в ядрах тіл, що стикаються, розсіюється менш широко, ніж лід, що лежить вище».

Кільця Сатурна сьогодні розташовані поблизу планети, в межах так званої межі Роша — найдальшої орбіти, де гравітаційна сила планети є достатньо потужною, щоб розщепити великі кам’яні або льодові тіла, які наближаються. Матеріал, що обертається далі, може злипатися разом, утворюючи супутники.

Змоделювавши майже 200 різних версій зіткнення, дослідницька група виявила, що широкий спектр сценаріїв зіткнення може розкидати потрібну кількість льоду в межі Роша Сатурна, де він може осісти в кільця, такі ж крижані, як сьогоднішній Сатурн. Оскільки інші елементи системи мають змішаний склад льоду та каміння, альтернативні пояснення не змогли пояснити, чому в кільцях Сатурна майже не було б каменю.

Доктор Джейкоб Кегеррайс, випускник Даремського університету, який зараз є дослідником у Науково-дослідницькому центрі Еймса НАСА в Кремнієвій долині Каліфорнії, сказав: «Ми так багато не знаємо про систему Сатурна, включно з його супутниками, які містять середовища, які можуть бути придатними для життя, тому захоплююче використовувати великі симуляції, як ці, щоб детально досліджувати, як вони могли еволюціонувати».

Доктор Луїс Теодоро зі Школи фізики та астрономії Університету Глазго сказав: «Очевидна геологічна молодість кілець Сатурна була загадкою з того часу, як зонди «Вояджер» надіслали свої перші зображення планети. Ця співпраця дозволила нам дослідити можливі обставини їх створення з захоплюючими результатами».