Космический телескоп Spitzer обнаружил огромное кольцо вокруг Сатурна, самой большой и самой отдаленной полосы вокруг этого окружённого мира. Насколько велико это кольцо? «Если бы у вас были такие инфракрасные глаза, как у Спитцера, - сказала Энн Вербиссер, астроном-исследователь из Университета Вирджинии, Шарлоттсвилль, - с Земли это выглядело бы как одна полная луна по обе стороны от Сатурна». Это невероятно огромно! Основная часть его материала начинается на расстоянии около шести миллионов километров (3,7 миллиона миль) от планеты и простирается примерно на 12 миллионов километров (7,4 миллиона миль). Миллиард Земли может уместиться в объеме пространства, которое занимает это кольцо.
Итак, почему эта гигантская структура не была обнаружена ранее?
«Это очень, очень слабый; чрезвычайно ненадежный », - сказал Вербиссер журналу« Спейс ». «Если бы вы стояли на ринге, вы бы об этом даже не знали. В кубическом километре пространства всего 10-20 частиц. Частицы имеют примерно такой же размер, как частицы тумана, но они очень разбросаны. Мы просто смотрим на тепловыделения, которые испускают эти маленькие частицы; мы не смотрим на отраженный солнечный свет вообще в наблюдениях, которые мы делали со Спитцером. Вот что делает Spitzer идеальным инструментом для поиска такой структуры пыли. Это кольцо полностью аналогично дисковым обломкам вокруг других звезд, которые наблюдал Спитцер ».
Исследовательская группа не просто наткнулась на это кольцо; они искали это. В состав команды входят Вербиссер, Дуглас Гамильтон из Университета Мэриленда, Колледж-Парк, и Майкл Скруцки из Университета Вирджинии, Шарлоттсвилль. Они использовали длинноволновую инфракрасную камеру на Спитцере, назвали многополосный фотометр и провели свои наблюдения в феврале 2009 года, прежде чем у Спитцера кончилась охлаждающая жидкость в мае, и он начал свою «теплую» миссию.
«На протяжении более 300 лет люди пытались объяснить появление луны Сатурна Япета (которая была открыта Джованни Кассини в 1671 году) и почему одна сторона луны светлая, а другая очень темная», - сказал Вербиссер. «За последние 35 лет в качестве возможного объяснения пришла еще одна луна, Фиби, поскольку между этими двумя лунами есть связь. Сама Фиби очень, очень темная, и соответствует альбедо или яркости темного материала ведущего полушария Япета. У Фиби ретроградная орбита, а Япет находится на про-ступенчатой орбите. Так что, если частицы будут выпущены с Фиби и по спирали внутрь к Сатурну, они будут бить Япета прямо в это ведущее полушарие ».
Вербиссер сказал, что это объяснение темной стороны Япета динамически обсуждается и пытается его смоделировать. Но никто не думал об использовании Спитцера для поиска пыли в этой области. «Итак, это была наша идея», - сказала она. «Название нашего предложения было« Новое Сатурнианское кольцо ». Мы определенно искали пылевую структуру, связанную с Фиби и на той же орбите, и это именно то, что мы видим».
Вербиссер сказал, что даже космическому аппарату Кассини, и особенно камерам визуализации, будет очень трудно увидеть это кольцо, поскольку оно отображается только в инфракрасном диапазоне. К тому же Кассини находится внутри этого кольца, и ему придется выглянуть за другие кольца Сатурна. «Это кольцо такое большое, но все же такое слабое, что будет трудно понять, когда вы на него смотрели, а когда - нет».
Высота этого кольца по вертикали и наклонение орбиты идеально соответствуют орбите Фиби на небе. «Если бы вы планировали, где со временем появляется Фиби, когда она обходит Сатурн, кольцо точно соответствует», - сказал Вербиссер. «Подумайте о четверти, вращающейся на столе; кольцо имеет такой же вертикальный наконечник, и орбита Фиби делает то же самое ».
Что касается того, являются ли частицы пыли из самой Фиби или если Фиби «загоняет» некоторые частицы в эту конфигурацию, у ученых нет определенных доказательств, но, скорее всего, частицы пыли от Фиби. «У нас нет четкого подтверждения этому, но это сильно наводит на мысль, что это исходит от Фиби», сказал Вербишер. «Все материалы вместе составляют то, что вы получите от раскопок кратера диаметром около километра на Фиби».
Фиби имеет 200 км в поперечнике и имеет большой обрешеткой, поэтому кратер 1 км не слишком огромный кратер. «Итак, мы не можем посмотреть на определенный кратер на Фиби и сказать, что он создал кольцо», - объяснил Вербиссер. «Вероятно, это происходит из-за нескольких различных меньших ударов, и кольцо продолжает снабжаться от последующих ударов и микрометеоритов, ударяющих Фиби, запускающего материал в это кольцо, помещающего пыль и материал с поверхности Фиби на орбиту, подобную Фиби».
Но в цвете ведущего полушария Япета все еще есть загадка.
Эти две луны часто сравнивают по составу, и в ближней инфракрасной области они имеют общие характеристики поглощения. Однако в ультрафиолете спектры также не совпадают. «С точки зрения цвета, на Iapetus темный цвет выглядит немного более красным по сравнению с Фиби, поэтому есть небольшое несоответствие цвета», - сказал Вербиссер. «Это могут быть частицы, выпущенные из смеси Фиби с тем, что находится на Япете, что может объяснить разницу в цвете. Это может быть что-то интересное, чтобы исследовать, сделать несколько моделей спектрального микширования, чтобы придумать какой-то изначальный материал Iapetus и смешать с материалом Фиби, чтобы увидеть, не покраснеют ли они ».
Само кольцо слишком слабое, чтобы получить спектры, чтобы попытаться определить, какие материалы составляют кольцо, но предположения заключаются в том, что материалы поступают с верхней поверхности ячеистой поверхности Феба, которая также может включать некоторое количество льда. Крупные планы Луны Кассини с 2004 года показывают яркие кратеры, намекающие на то, что лед находится близко к поверхности.
Спитцер смог почувствовать свечение прохладной пыли, которая составляет всего около 80 Кельвинов (минус 316 градусов по Фаренгейту). Прохладные предметы сияют инфракрасным или тепловым излучением; например, даже чашка мороженого пылает инфракрасным светом. «Сосредоточившись на сиянии прохладной пыли кольца, Спитцер облегчил поиск», - сказал Вербиссер.
Документ команды появляется в сегодняшнем номере журнала Nature. Онлайн версия доступна здесь.
Заголовок ведущего изображения: Художник концепции нового Сатурнианского кольца. Предоставлено: NASA / JPL-Caltech / R. Вред (SSC) Врезка (Сатурн, Фиби и Япет) - НАСА / JPL / SSI. Изображение предоставлено Anne Verbiscer
Источник: Интервью с Энн Вербиссер
