Спутник Урана деформировал его кольцо. И собирается столкнуться с другим спутником

Ученые из Университета Айдахо и Колледжа Уэллсли выяснили, что одно из колец Урана имеет странную форму — не круглую или эллиптическую, а скорее треугольную. Такая форма обусловлена орбитальным резонансом с одним из внутренних спутников — Крессидой. С помощью анализа формы кольца удалось рассчитать массу и плотность этого спутника, а также установить, что примерно через миллион лет он столкнется с другим спутником Урана — Дездемоной. Статья принята к публикации в Astronomical Journal, препринт работы выложен на сайте arXiv.org.

Уран обладает второй по сложности системой колец в Солнечной системе. Кроме того, вокруг него обращается двадцать семь спутников, которые разделяются на три группы. Орбиты тринадцати внутренних спутников лежат внутри орбиты Миранды, пять крупных спутников находятся чуть дальше. Остальные спутники относят к нерегулярным, они имеют сильно наклоненные орбиты и расположены далеко от планеты. Все спутники названы в честь произведений Шекспира и Александра Поупа. Массы и плотности больших спутников Урана давно рассчитаны, но для внутренних эти характеристики пока неизвестны. В новой работе ученые впервые вычислили массу и плотность для Крессиды, одного из спутников внутренней группы.

Данные для анализа были получены путем наблюдения за затмениями колец Урана. Всего было произведено сорок девять наблюдений кольца η: сорок шесть с Земли, два с помощью подсистемы радиовещания (RSS) и одно с помощью фотополяриметра (PPS), установленных на «Вояджере-2». По мере того как Земля (или «Вояджер-2») движется относительно Урана, его кольца блокируют свет некоторой фоновой звезды, за которой ведется наблюдение. Каждое такое прохождение регистрируется прибором как резкое уменьшение яркости в течение некоторого времени, связанного с шириной кольца. В настоящее время наблюдения с Земли осложняются тем, что Уран вышел из плотного фона Млечного Пути и яркость подходящих фоновых звезд сильно упала.

Основываясь на большом наборе экспериментальных данных, ученые определили радиус и примерную форму кольца η (и других колец тоже, но их форма не так интересна). Оказалось, что оно деформировано, так что напоминает скорее треугольник, чем круг или эллипс. Рассматривая влияние, которое различные спутники Урана могут оказывать на это кольцо, астрономы пришли к выводу, что такое возмущение, скорее всего, вызвано внутренним резонансом Линдблада 3:2 (ILR 3:2) частиц кольца и Крессиды.

Затем исследователи воспользовались уравнением, связывающим величину возмущения кольца и массу вызывающего возмущение тела. Это позволило рассчитать примерную массу Крессиды, она оказалась равна 2,5 × 10¹⁷ килограмм, почти в триста тысяч раз меньше массы Луны. Также была установлена плотность спутника (его размеры были найдены ранее), она составила около 0,86 грамма на кубический сантиметр, что даже меньше плотности воды. Это указывает на возможную пористую структуру спутника.

Знание массы Крессиды позволило уточнить время, по истечении которого она столкнется с другим спутником Урана — Дездемоной. Ранее расчеты проводились для большого набора предполагаемых масс и предсказывали время от четырех до ста миллионов лет. Новые данные указывают на то, что столкновение произойдет уже в ближайший миллион лет.

Ученые не впервые заметили орбитальный резонанс между кольцом η и Крессидой. Впервые он был обнаружен еще в 1987 году, в дальнейшем его положение было уточнено. Однако данных для последовательного анализа резонанса было недостаточно. Поэтому открытие, сделанное авторами в новой статье, можно было совершить только сейчас благодаря большому числу измерений, произведенных с 1977 по 2002 год.

До этого мы писали о том, как рекордное число экзопланет было захвачено в резонанс в системе звезды Kepler-223. Особенно интересно, что он существует уже шесть миллиардов лет, в то время как обычно резонансы неустойчивы. Резонанс Крессиды и кольца η, очевидно, разрушится в течение миллиона лет.

Дмитрий Трунин