Спутники Сатурна в форме пельменя появились из лобового столкновения более мелких тел

Астрономы объяснили, как в системе Сатурна могли образоваться небольшие внутренние спутники необычной формы (в виде сигары и пельменя). Предполагается, что это случилось в результате лобовых столкновений двух более мелких тел и их последующего слипания, говорится в статье опубликованной в Nature.

На сегодняшний день астрономам известно о существовании 62 спутников у Сатурна. Многие из них, например небольшие внутренние спутники, такие как Атлас, Прометей, Пандора, Янус или Эпиметей, обладают необычной формой и размерами. В частности, на снимках, полученных автоматической станцией «Кассини», у Атласа и Пана видны экваториальные пояса, похожие на горные хребты и придающие им сходство с пельменями. Такой же пояс наблюдается у более крупного спутника Япета. До сих пор не установлено точной природы этих особенностей рельефа спутников.

Существуют две теории, призванные объяснить столь странную форму. Поскольку Сатурн гораздо массивнее Земли, а внутренние спутники расположены ближе к планете, чем Луна к Земле, то необходимо учитывать влияние мощных приливных сил со стороны газового гиганта, которые могли способствовать формированию вытянутой формы спутников или постепенному наращиванию вещества в экваториальной области. Однако такая модель привела бы к образованию эллипсоидов Роша, непохожих на реальные формы спутников. Альтернативная модель образования, называемая пирамидальным режимом (pyramidal regime), предполагает, что эти спутники образовались в результате серии слияний более мелких тел схожих размеров, во время их миграции от колец к газовому гиганту, и вписывается в данные наблюдений.

В новой работе группа астрономов во главе с Адриеном Лелеу (Adrien Leleu) решила проверить достоверность пирамидального режима и смоделировала столкновения двух небольших тел сходных размеров с их последующим слиянием. Исследователи объединили метод N-тел с SPH-методом, чтобы определить необходимые значения угла, под которым тела налетают друг на друга, и их скорости и массы, чтобы в итоге получился спутник с формой, похожей на наблюдавшуюся автоматическими станциями.

Выяснилось, что для того, чтобы спутник стал похож на гигантский летающий пельмень (был относительно плоским и имел экваториальный пояс) необходимо лобовое столкновение двух тел сходных размеров, движущихся со скоростями порядка 10 метров в секунду. При этом угол налета двух тел друг на друга не должен превышать 10 градусов, иначе получившее тело будет нестабильно и разрушится под действием приливных сил Сатурна. В случае Пана и Атласа их экваториальные пояса образовались из вещества, выброшенного наружу во время столкновения тел. Объемные плотности объектов, возникающие в результате слияний в моделях, составляют около 400-600 килограмм на кубический метр, что согласуется с наблюдениями. Пандора, Янус и Эпиметей, имеющие вытянутую форму, образовались в результате лобового столкновения двух тел, суммарная масса которых превышает массу новообразованного спутника. В этом случае имели место процессы разрушения тел и аккреции выброшенного вещества на конечное тело.

Что же касается Япета, то результаты моделирования показывают, что его сплюснутая форма и экваториальный пояс также могут быть результатом почти лобового столкновения и последующего слияния двух тел похожих размеров и масс, однако необходимо учитывать, что приливное воздействие со стороны Сатурна пренебрежимо мало в месте расположения Япета и он не мог образоваться на своей текущей орбите. Предполагается, что Япет, вероятно, сформировался до того, как получил свой значительный наклон относительно экваториальной плоскости Сатурна.

Ранее мы рассказывали о том, как «Кассини» подтвердил существование на Титане системы каньонов и как на Дионе заподозрили существование скрытого океана. Об удивительном мире колец и спутников системы Сатурна, открытым для нас аппаратом, читайте в нашем специальном материале.

Александр Войтюк