Сатурн сделал себе кольца из собственного спутника

С тех пор, как в 1655 году Кристиан Гюйгенс впервые описал кольца Сатурна, ученые безуспешно пытались найти объяснение концентрическим образованиям вокруг планеты-гиганта.

Кольца Сатурна -- крупные и мелкие глыбы, которые на 90-95% состоят из чистого водяного льда – уникальный состав для Солнечной системы, в которой кометы и спутники планет состоят как минимум на 50% из силикатов и металлов. Масса всех колец соответствует массе ледяного тела диаметром в 500 километров. Высказывались предположения, что кольца могли образоваться при столкновении одного из спутников Сатурна с другим телом или в результате приливного разрушения захваченной Сатурном кометы. Однако эти модели не нашли подтверждения, так как не объясняют ледяной состав колец.

Приливы-убийцы

Робин Кэнап из Юго-Западного исследовательского института в Боулдере (США) впервые предложила модель, которая описывает наблюдаемые особенности колец Сатурна. Известно, что они расположены так близко к планете, что бал здесь правит исключительно притяжение Сатурна. Кольца находятся внутри так называемого предела Роша. Это тот радиус на орбите планеты, ниже которого жидкий спутник (с нулевой прочностью) развалится на части. Иначе говоря, спутник, оказавшись на этой орбите, своим объемом заполнит полость Роша, и не сможет гравитационно удерживать собственное вещество. Для Сатурна это расстояние примерно равно 2,5 его радиусам. Внутри этого радиуса приливное воздействие со стороны Сатурна не дает глыбам притягиваться друг к другу и слипаться в большие структуры. Это обстоятельство и дало ученым главный намек на то, что кольца образованы благодаря разрушению большого тела.

Кэнап считает, что миллиарды лет назад один из спутников Сатурна опасно приблизился к планете и был разрушен ее притяжением. Его орбиту изменили те же механизмы, которые на заре существования Солнечной системы заставляли мигрировать планеты от ее краев к Солнцу. В те времена Сатурн был окружен газопылевым диском, вращаясь в котором, спутники теряли угловой момент и медленно приближались к планете.

Приблизил и убил

Компьютерное моделирование показало, что к существованию колец могло привести разрушение крупного, разнородного по составу тела размером с Титан -- самый большой спутник Сатурна диаметром более 5 тысяч километров. По расчетам, разрушению спутника предшествовал его разогрев. Тая, лед позволял силикатам и металлам осесть в глубины спутника, поэтому к моменту гибели он уже имел тяжелое ядро и легкую (ледяную или водяную) мантию.

Сатурн сорвал с приблизившегося к нему спутника легкие покровы, обнажив твердое ядро. Обломки ледяной мантии разлетелись по орбите, а твердый остаток продолжил миграцию к планете и в итоге упал на нее.

По расчетам, начальная масса вещества колец была примерно в тысячу раз больше ныне наблюдаемой. «Такие массивные кольца должны быть мало восприимчивы к загрязнению их метеоритами, и это хорошо объясняет их нынешнюю яркость», -- пояснила автор исследования в статье, опубликованной в Nature.

Модель Кэнап впервые надежно показала родство колец Сатурна и его спутников. «Она показала, что спутники и кольца глубоко связаны друг с другом, что окружение Сатурна, несмотря на то, что состоит преимущественно из льда, постоянно эволюционирует», -- добавила она.