18.10.2012

Луны Сатурна, возможно, появились в результате столкновений

Завтра, 19 октября, профессор Калифорнийского университета в Санта-Крусе (США) Эрик Асфауг представит на ежегодной конференции планетологической секции Американского астрономического общества в Рено (Невада, США) модель, согласно которой размерные странности сатурнианских лун имеют вполне логичное объяснение, пишет Phys.Org.

Учёный полагает, что система спутников Сатурна некогда была составлена из целой группы крупных тел, сравнимых с четырьмя крупнейшими лунами Юпитера (галилеевы луны). В системе Юпитера на них приходится 99,998% всей массы спутников, хотя их у этой планеты многие десятки. При этом никаких средних по размеру лун там нет вовсе.

«Мы думаем, что планеты-гиганты получили свои спутники так же, как Солнце получило планеты, повторяя в миниатюре процессы развития Солнечной системы и тоже пройдя через серию столкновений, — считает г-н Асфауг. — В модели системы Сатурна мы предположили, что Титан вырос в ходе пары столкновений гигантских масштабов, в результате каждого из которых массы взаимодействующих тел складывались, порождая в качестве сброса небольшое семейство лун среднего размера».

Теория логична в том, что мы уже наверняка знаем: нечто подобное случилось с Землёй. Именно в итоге таких столкновений рядом с нами возникла Луна, весьма схожая с нашей планетой по составу. Следовательно, как и в случае с Луной, среднеразмерные спутники Сатурна должны состоять из того же материала, что и Титан.

Любопытно, что модель объясняет не только появление лун «промежуточного» размера и массы, но и чрезвычайно активную геологию и орбитальную динамику «средневесов»: после серии столкновений их поверхность должна была подвергнуться мощнейшим геологическим воздействиям. А они, между прочим, долго смущали астрономов: достаточно вспомнить о пресловутой Стене Япета, кольцевом горном хребте, что опоясывает по экватору спутник Сатурна Япет. «Стена» имеет ширину и высоту до 20 км (самая высокая горная цепь в Солнечной системе) при протяжённости в 1 300 км. Немало для небесного тела с диаметром в 1 450 км, верно? А вот и другой странный момент, объясняемый новой гипотезой: орбита Титана некруговая, а её эксцентриситет равен внушительным 0,0288, да и плоскость орбиты отклонена от экватора Сатурна и плоскости колец на 0,348°.

С другой стороны, если Титан приобрёл значительную часть всей массы в итоге слияний, то теперь отчасти можно объяснить и его плотную атмосферу, которая мало того что вчетверо плотнее земной при всемеро меньшей гравитации, так ещё и весит больше всей атмосферы Земли и в несколько раз толще (плотный газ там есть на высоте 400 км: на аналогичной высоте около Земли свободно летает МКС). Причина наличия атмосферы плотнее земной у тела с гравитацией, вдвое с лишним уступающей марсианской, где атмосфера в несколько сот раз разряженней, чем на Титане, давно волновала учёных. Но если в ходе столкновений значительная часть лёгких элементов и газов была позаимствована у лун-предшественников, в то время как нынешним среднеразмерным лунам достались лишь компоненты водного льда, то феномен атмосферы Титана до некоторой степени может стать менее загадочным.

Согласно компьютерному моделированию, при столкновении объектов с размерами с галилеевы луны должны образоваться богатые водным льдом спиральные рукава, происходящие из внешних слоёв взаимодействующих лун. При этом гравитационная перегруппировка таких рукавов со временем должна привести к образованию объектов, сходных по размерам с нынешним сатурновскими «середнячками».

Единственное, что не слишком ясно, — когда случились столкновения. Если в конце периода формирования спутников, то это было примерно 4,5 млрд лет назад. Если же система галилеевых лун устойчиво существовала у Сатурна долгое время, а затем была разрушена близким прохождением массивного тела, то почти на миллиард лет позже. Таким массивным телом мог быть, например, газовый гигант, как в модели Ниццы, в момент «болтанки» — активного и резкого колебания орбит больших планет (с 33-й секунды видео / с 880 млн лет от образования Солнечной системы).

В целом г-н Асфауг склоняется ко второму варианту, полагая, что серию столкновений спутников Сатурна спровоцировал «мародёрский пробег» Нептуна или Урана, которые, согласно модели Ниццы, «задели» Сатурн, перемещаясь от близких к Солнцу изначальных орбит к своим нынешним.

Соответствующее исследование принято к публикации в журнале Icarus.

Александр Березин

Источники:

1. КОМПЬЮЛЕНТА