Прошло почти сорок лет с Вояджер 1 а также 2 миссии посетили систему Сатурна. Когда зонды пролетели над газовым гигантом, они смогли получить потрясающие снимки атмосферы планеты с высоким разрешением, ее многочисленных лун и культовой системы колец. Кроме того, исследования также показали, что Сатурн медленно терял свои кольца со скоростью, которая могла бы привести к их исчезновению примерно через 100 миллионов лет.
Совсем недавно Кассини Орбитальный аппарат посетил систему Сатурн и провел более 12 лет, изучая планету, ее луны и ее кольцевую систему. И согласно новым исследованиям, основанным на Кассини данные показывают, что Сатурн теряет свои кольца с максимальной скоростью, предсказанной мореплаватель миссий. Согласно исследованию, газовые гиганты поглощают кольца Сатурна с такой скоростью, которая означает, что они могут исчезнуть менее чем за 100 миллионов лет.
Исследование, которое недавно появилось в журнале Икар, руководил Джеймсом О'Донохью из Центра космических полетов имени Годдарда при НАСА. В его состав входили сотрудники Лаборатории реактивного движения НАСА, Центра космической физики, Корпорации космических исследований, Университета Лестера и Лондонского университетского колледжа.
По данным, полученным мореплаватель В 1980 и 1981 гг. ледяные частицы из колец Сатурна притягиваются земной гравитацией после воздействия магнитного поля Сатурна, что превращает их в пыльный «кольцевой дождь» в верхних слоях атмосферы Сатурна. Но, как отметил Джеймс Донахью в недавнем пресс-релизе НАСА, ситуация может быть хуже, чем первоначально предполагалось:
«По нашим оценкам, этот« кольцевой дождь »истощает количество воды, которое может заполнить бассейн олимпийских размеров из колец Сатурна за полчаса. Исходя из этого, вся система колец исчезнет через 300 миллионов лет, но прибавьте к этому измеренный материал кольца космического корабля Кассини, обнаруженный при падении в экватор Сатурна, и кольцам осталось жить менее 100 миллионов лет. Это относительно мало по сравнению с возрастом Сатурна более 4 миллиардов лет ».
Кассини изучал потерю материала кольца Сатурна как часть его Гранд-финала, где космический корабль тратил оставшееся топливо, проводя 22 орбиты между Сатурном и его кольцами. Это было знаменательным достижением, поскольку корабль Cassini пошел туда, где ни один космический корабль никогда не осмеливался летать и даже не был предназначен для полета в такой среде.
тем не менее, Кассини был в состоянии получить информацию, которая подтвердила, что мореплаватель Зондирование наблюдалось десятилетия назад, а также ответило на вековую загадку о кольцах Сатурна. В основном, ученые долго задавались вопросом, образовался ли Сатурн с его кольцами или приобрел их позже в жизни. Это новое исследование показывает, что это, вероятно, последний сценарий, и что Сатурн приобрел их относительно недавно в своей истории.
Согласно их исследованию, О'Донахью и его коллеги подсчитали, что кольцевая система Сатурна вряд ли будет старше 100 миллионов лет, так как С-образному кольцу понадобится так много времени, чтобы превратиться из плотной, как В-кольцо, в какую-то это сегодня. В этом отношении, объясняет О'Донохью, человечеству повезло быть в то время, когда кольца были еще там:
«Нам повезло быть рядом, чтобы увидеть кольцевую систему Сатурна, которая, похоже, находится в середине своей жизни. Однако, если кольца временные, возможно, мы просто упустили возможность увидеть гигантские системы колец Юпитера, Урана и Нептуна, которые сегодня имеют только тонкие локоны! »
Как уже отмечалось, первые намеки на «кольцевой дождь» пришли из мореплаватель миссии, в результате наблюдений за тем, что считалось тремя не связанными явлениями. К ним относятся изменения в электрически заряженной ионосфере Сатурна, изменения плотности в кольцах Сатурна и узкие темные полосы, окружающие северные средние широты планет.
В 1986 году Джек Коннерни - исследователь из космического центра имени Годдарда НАСА и соавтор недавнего исследования - опубликовал исследовательскую работу, в которой эти темные полосы были связаны с формой магнитного поля Сатурна. В двух словах, он предположил, что электрически заряженные частицы льда из колец Сатурна стекали по невидимым линиям магнитного поля и осаждались в виде воды в верхних слоях атмосферы Сатурна.
Эти частицы, по словам Коннерни, электрически заряжались либо от ультрафиолетового излучения Солнца, либо от плазменных облаков, вызванных бомбардировкой колец микрометеорными телами. Как только это произойдет, частицы почувствуют притяжение магнитного поля Сатурна и будут притягиваться гравитацией Сатурна вдоль силовых линий, которые осаждают их в верхних слоях атмосферы.
Эти ледяные частицы затем испаряются и химически взаимодействуют с ионосферой Сатурна, что приводит к вымыванию тумана в стратосфере. Эти области будут казаться темнее в отраженном свете, создавая темные полосы в атмосфере Сатурна. Другим результатом может стать увеличение продолжительности жизни электрически заряженных частиц, известных как ионы H3 + (которые состоят из трех протонов и двух выборов).
Присутствие этих ионов было тем, как О'Донохью и его команда смогли подтвердить теорию Коннерни. Используя телескоп Кека, команда смогла наблюдать эти ионы в северном и южном полушариях Сатурна благодаря тому, как они светятся в инфракрасном спектре (что происходит, когда они взаимодействуют с солнечным светом). Эти полосы наблюдались в местах, где линии магнитного поля, которые пересекают плоскость кольца, входят в планету.
Затем они проанализировали свет, чтобы определить количество дождя, взаимодействующего с ионосферой Сатурна, что указывало бы на то, сколько частиц льда вытягивалось из колец Сатурна. Они обнаружили, что он соответствует высоким значениям, полученным Коннерни и его коллегами в их исследовании 1986 года.
Команда также обнаружила светящуюся полосу на более высокой широте в южном полушарии, которая является местом, где магнитное поле Сатурна пересекается с орбитой Энцелада. В течение некоторого времени астрономы знали, что гейзеры, которые периодически извергаются из южной полярной области Энцелада (которые являются результатом геологической деятельности внутри), ответственны за пополнение электронного кольца Сатурна.
Это последнее открытие показало бы, что некоторые из ледяных частиц, излучаемых Энцеладом, также идут на Сатурн, что также способствует появлению темных полос планеты. Как указал Коннерни:
«Это не было полной неожиданностью. Мы также определили Энцелад и E-кольцо как обильный источник воды, основываясь на еще одной узкой темной полосе на этом старом изображении Вояджера ».
Забегая вперед, команда хотела бы увидеть, как меняется кольцевой дождь в результате сезонных перемен на Сатурне. Период обращения Сатурна, который составляет 29,4 года, заставляет его кольца подвергаться воздействию солнечного света различной степени. Поскольку воздействие ультрафиолетового света заряжает ледяные зерна в кольце и заставляет их взаимодействовать с магнитным полем Сатурна, различные уровни воздействия должны оказывать непосредственное влияние на количество кольцевого дождя в верхних слоях атмосферы.
Эти выводы, которые заставляют ученых переосмыслить свои ранее высказанные предположения о системе Сатурна, являются лишь последним открытием, сделанным Кассини миссия. Хотя орбитальный аппарат завершил свою миссию два года назад, врезавшись в атмосферу Сатурна, отправленные им данные все еще бросают вызов некоторым старым теориям о Сатурне, подтверждая другие.
Обязательно посмотрите эту анимацию исчезающих колец Сатурна, любезно предоставленную космическим центром имени Годдарда НАСА:
