Астрономы засомневались в молодости колец Сатурна

Астрономы выдвинули ряд замечаний к недавнему анализу данных зонда «Кассини», который указал на относительно небольшой возраст колец Сатурна. Авторы статьи, опубликованной в Nature Astronomy, считают, что пока рано делать окончательный вывод о времени формирования колец, так как влияние некоторых процессов, эффект которых может оказаться решающим, пока не удается точно оценить.

Сатурн обладает сложной системой колец и небольших спутников, расположенных на расстояниях до нескольких сотен тысяч километров. Кольца состоят преимущественно из водяного льда с небольшими включениями примесей. Размер частиц колец колеблется от миллиметров до метров, при этом толщина колец оценивается от десятков метров до километра, что в любом случае делает их очень тонкими по сравнению с радиусом.

Наиболее точные данные о структуре и физических свойствах колец удалось получить зонду «Кассини», который завершил свою миссию, погрузившись в толщу планеты в 2017 году (подробно можно прочитать в нашем материале «Большой финал "Кассини"»). В частности, была сделана наиболее точная оценка массы колец на уровне 1,54±0,49×10¹⁹ килограмм, то есть около 40 процентов массы спутника Мимаса или примерно половина антарктических льдов Земли.

Оцененный по данным «Кассини» возраст колец Сатурна оказался равен нескольким десятками миллионов лет, то есть они примерно ровесники гибели динозавров. Это делает их гораздо моложе самого Сатурна, который сформировался в ранней Солнечной системе около 4,5 миллиардов лет. Данный возраст был оценен по темпу потемнения: в предположении, что кольца изначально состояли из чистого льда и зная поток метеоритов, можно вывести предполагаемое время накопления наблюдаемого уровня примесей — от 0,1 до 0,5 процентов по массе в наиболее массивном кольце B до 6-11 процентов во внутреннем кольце C.

В работе ученых из Франции и США под руководством Орельена Крида (Aurélien Crida) из Обсерватории Лазурного берега отмечается, что вопрос намного сложнее. Авторы пишут, что при обсуждении возраста колец часто смешивают три времени: возраст формирования колец, возраст характерных особенностей, таких как щели и волны, и время воздействия внешних факторов, приводящих к потемнению и изменению состава. Ученые отмечают важность понимания того, что пока не существует прямого способа оценки первого числа, оно лишь выводится из косвенных наблюдений.

Часто можно встретить утверждения, что кольца должны быть молодыми, так как в них нет старых структур и они не сильно «замусорены», но такое суждение может привести к ошибке. В то же время модели динамической эволюции колец говорят об их большом возрасте. В частности, измеренные массы очень хорошо согласуются с предсказаниями численного моделирования для колец с возрастом примерно в 4 миллиарда лет.

«Мы не может напрямую измерить возраст колец Сатурна подобно кольцам на пне дерева, поэтому приходится выводить возраст из других свойств, таких как масса и химический состав, — поясняет Крида. — В недавних исследованиях предполагалось, что поток пыли постоянен, масса колец постоянна, а вся накопленная пыль сохраняется в кольцах. Однако во всех этих трех аспектах существует значительная неопределенность и если рассматривать вопрос вместе с другими данными миссии «Кассини», то мы считаем, что свидетельства говорят в пользу намного более старых колец».

Получается, что с одной стороны кольца должны быть старыми, но тогда непонятно, почему в них так мало пыли. С другой, они могут быть молодыми, но тогда неясно, что стало причиной их недавнего формирования и почему у них масса, соответствующая долго эволюционировавшей системе. Авторы предлагают три варианта: кольца старые, но недавно резко возрос поток пыли, кольца старые и есть пока неизвестный механизм их очистки, кольца молодые и недавно произошло столкновение небольшого ледяного спутника Сатурна (например, Мимаса) с другим спутником или кометой. Тем не менее, ни один из этих сценариев нельзя назвать предпочтительным, так как во всех случаях есть свои аргументы против.

Ранее ученые доверили нейросети разобраться в структуре штормов на Сатурне, связали необычную форму его спутников с аккрецией частиц из его колец, составили расписание северных сияний на Сатурне и опубликовали «беседу» Сатурна и Энцелада.

Тимур Кешелава