Давно известно, что кольца Сатурна не являются идеальными обручами, они выглядят, как в маленьких любительских телескопах, и когда космический аппарат Кассини вышел на орбиту вокруг Сатурна, шаткий беспорядок массивного кольца В стал еще более очевидным. Ученые были ошеломлены высокими вертикальными структурами, зубчатыми краями на кольцах и странными пропеллероподобными чертами. Но ученые теперь нашли причину этих странных особенностей: регион действует как спиральная галактика, говорит Кэролин Порко, руководитель группы по созданию изображений Кассини.
«Мы нашли то, что, как мы надеялись, мы найдем, когда отправимся в это путешествие с Кассини почти 13 лет назад, - сказал Порко, - (и получили) обзор механизмов, которые лепят не только кольца Сатурна, но и небесные диски. огромного масштаба, от солнечных систем, таких как наша, до гигантских спиральных галактик ».
Кольцо B - одна из самых динамичных областей в кольцах Сатурна, и, как говорят ученые, удивительно, что кольца ведут себя как миниатюрная версия нашей галактики Млечный Путь.
Когда космический корабль Voyager пролетал над Сатурном в 1980 и 1981 годах, ученые увидели, что внешний край кольца В планеты был сформирован как вращающийся, сплющенный футбол благодаря гравитационным возмущениям Мимаса. Но даже в выводах Вояджера было ясно, что поведение внешнего кольца В было гораздо сложнее, чем то, что мог сделать только Мимас.
Посредством анализа тысяч изображений Кассини кольца В, сделанных за четырехлетний период, Порко и ее команда нашли источник большей части сложности: как минимум три дополнительных, независимо вращающихся волновых паттерна или колебаний, которые искажают Край кольца.
Колебания распространяются вокруг кольца с разными скоростями, и небольшие случайные движения частиц кольца подают энергию в волну, которая распространяется по кольцу от внутренней границы, отражается от внешнего края кольца B (которое искажается как результат), а затем перемещается внутрь, пока не отразится от внутренней границы. Это непрерывное возвратно-поступательное отражение необходимо для того, чтобы эти волновые структуры росли и становились видимыми в виде искажений на внешнем крае кольца B.
Посмотрите видео о колебаниях.
Эти колебания с одним, двумя или тремя лепестками не создаются никакими лунами. Вместо этого они возникли спонтанно, отчасти потому, что кольцо достаточно плотное, а край кольца В достаточно острый, чтобы волны могли расти самостоятельно, а затем отражаться на краю.
Небольшие случайные движения частиц кольца подают энергию в волну и вызывают ее рост. Новые результаты подтверждают предсказание эпохи Вояджеров о том, что этот же процесс может объяснить все удивительные хаотические колебания, обнаруженные в самых плотных кольцах Сатурна, шириной от десятков метров до сотен километров.
«Этот процесс уже был проверен для создания волновых элементов в плотных кольцах Сатурна, которые имеют небольшие размеры… около 150 метров или около того», - пишет Порко в своей статье «Журнал капитана» на веб-сайте CICLOPS (Cassini Imaging). «То, что теперь оно, по-видимому, также создает волны большого масштаба в сотни километров во внешнем кольце B, позволяет предположить, что он может работать в плотных кольцах во всех пространственных масштабах».
«Эти колебания существуют по той же причине, по которой струны гитары имеют естественные режимы колебаний, которые могут быть возбуждены, когда выщипаны или иным образом нарушены», - сказал Джозеф Спитале, сотрудник группы Cassini по изображениям и ведущий автор новой статьи в Astronomical Journal, опубликованной сегодня. , «Кольцо тоже имеет свои собственные частоты собственных колебаний, и это то, что мы наблюдаем».
Астрономы полагают, что такие «самовозбужденные» колебания существуют в других дисковых системах, таких как галактики со спиральными дисками и протопланетные диски, обнаруженные вокруг соседних звезд, но они не смогли напрямую подтвердить свое существование. Новые наблюдения подтверждают первые крупномасштабные волновые колебания этого типа в широком материальном диске в любой точке природы.
Самовозбуждающиеся волны в малых 100-метровых (300-футовых) масштабах ранее наблюдались инструментами Cassini в нескольких плотных кольцевых областях и были приписаны процессу, называемому «вязкая избыточная прочность».
«Обычно вязкость или сопротивление потоку демпфируют волны - то, как исчезают звуковые волны, распространяющиеся по воздуху», - сказал Питер Голдрайх, теоретик планетарного кольца в Калифорнийском технологическом институте. «Но новые результаты показывают, что в самых плотных частях колец Сатурна вязкость на самом деле усиливает волны, объясняя таинственные углубления, впервые увиденные на изображениях, сделанных космическим кораблем Voyager».
«Как приятно найти, наконец, одно объяснение для большинства, если не для всех, хаотически выглядящей структуры, которую мы впервые увидели в плотных кольцевых областях Сатурна давным-давно с Voyager, - сказал Порко, - и с тех пор видели в изящных деталях с Кассини. «.
Источник: JPL, CICLOPS
