«Спутники всегда меняют свои орбиты. Это неизбежно», — говорит Матия Цук, главный исследователь Института SETI. «Но этот факт позволяет нам использовать компьютерное моделирование, чтобы выяснить историю внутренних спутников Сатурна. Таким образом, мы обнаруживаем, что они, скорее всего, родились в течение последних двух процентов истории планеты».
Хотя кольца Сатурна известны с 1600-х годов, до сих пор ведутся споры об их возрасте. Прямое предположение состоит в том, что они первобытные — такие же старые, как сама планета, которой более четырех миллиардов лет.
Однако в 2012 году французские астрономы обнаружили, что приливные эффекты — гравитационное взаимодействие внутренних лун с жидкостями глубоко внутри Сатурна — заставляют их сравнительно быстро переходить по спирали к большим радиусам орбиты. Смысл, учитывая их нынешнее положение, состоит в том, что эти луны и, предположительно, кольца являются недавним явлением.Кук, вместе с Люком Донесом и Дэвидом Несворни из Юго-Западного исследовательского института, использовали компьютерное моделирование, чтобы сделать вывод о динамическом поведении ледяных внутренних лун Сатурна в прошлом.
В то время как наша луна имеет свою орбиту вокруг Земли, многие спутники Сатурна должны делить пространство друг с другом. Все их орбиты медленно растут из-за приливных воздействий, но с разной скоростью. Это приводит к тому, что пары лун иногда попадают в так называемые орбитальные резонансы.
Это происходит, когда орбитальный период одной луны составляет простую долю (например, половину или две трети) периода другой луны. В этих особых конфигурациях даже маленькие луны со слабой гравитацией могут сильно влиять на орбиты друг друга, делая их более вытянутыми и отклоняя их от исходной орбитальной плоскости.Сравнивая нынешние орбитальные наклоны и предсказанные компьютерным моделированием, исследователи могли узнать, насколько выросли орбиты спутников Сатурна.
Оказывается, у некоторых из наиболее важных спутников — Тетиса, Дионы и Реи — орбиты изменились менее резко, чем считалось ранее. Относительно небольшие наклоны орбиты указывают на то, что они не пересекли многие орбитальные резонансы, а это означает, что они, должно быть, сформировались недалеко от того места, где находятся сейчас.
Но как давно было их рождение? Чтобы ответить на этот вопрос, Кук и его команда использовали результаты миссии НАСА «Кассини».
Космический корабль Кассини наблюдал ледяные гейзеры на спутнике Сатурна Энцеладе. Если предположить, что энергия, питающая эти гейзеры, исходит непосредственно от приливных взаимодействий, и что уровень геотермальной активности Энцелада более или менее постоянен, тогда приливы внутри Сатурна довольно сильные. Согласно анализу команды, они переместили бы спутник на небольшое расстояние, указанное в моделировании, всего за 100 миллионов лет. Это датирует образование основных спутников Сатурна, за исключением более далеких Титана и Япета, относительно недавним меловым периодом, эрой динозавров.
«Возникает вопрос, что послужило причиной недавнего рождения внутренних лун?» — спрашивает Цук. «Наше лучшее предположение состоит в том, что у Сатурна раньше было подобное собрание спутников, но их орбиты были нарушены особым видом орбитального резонанса, связанного с движением Сатурна вокруг Солнца. В конце концов, орбиты соседних лун пересеклись, и эти объекты столкнулись. щебень, сформировался нынешний набор лун и колец ».
Если этот результат верен, яркие кольца Сатурна могут быть моложе времен расцвета динозавров, и нам посчастливилось наблюдать их сегодня.