Астрономы выдвинули гипотезу, объясняющую происхождение колец Сатурна, наклон его оси и необычные характеристики некоторых его спутников. Согласно моделированию, ключевым событием могло стать столкновение крупного спутника с прото-Титаном примерно от 100 до 200 миллионов лет назад. Это катастрофическое событие привело к образованию обломочного диска, из которого впоследствии сформировались кольца планеты.
Столкновение также могло повлиять на динамику системы, способствуя наблюдаемому наклону оси вращения Сатурна и рассинхронизации его орбитального резонанса с Нептуном. Кроме того, фрагменты от удара, по мнению исследователей, могли сформировать спутники с хаотическим вращением, такие как Гиперион, и другие небольшие луны с необычными орбитами. Эта теория предлагает единое объяснение для нескольких загадочных особенностей системы Сатурна.
Предложенная гипотеза связывает несколько уникальных характеристик системы Сатурна — его кольца, наклон оси и свойства некоторых спутников — с единым катастрофическим событием в относительно недавнем прошлом. Моделирование столкновения крупного тела с прото-Титаном предоставляет правдоподобный сценарий, объясняющий происхождение этих особенностей и их возможную взаимосвязь.
Столкновение также может помочь объяснить, почему Сатурн рассинхронизировался с Нептуном.
Нечетный спутник Сатурна Гиперион, сфотографированный космическими кораблями НАСА «Кассини» в 2005 году, может быть обломками давнего столкновения лун.амых странных — возможно, нынешней формы и орбитами скопления двух лун, произошедших около 400 миллионов лет назад.
Столкновение обреченной луны и массивного спутника Титана позволило породить губчатый вид Гипериона, предложенное исследование, представленное 9 февраля на arXiv.org. Последовавший за этим хаосом в системе Сатурна мог привести к образованию его колец.
Идея основана на предложении другой команды, созданной в 2022 году, которая предположила существование бывших лун, чтобы разгадать некоторые давние загадки системы Сатурна, включая ее сравнительно высокий наклон, ее молодые кольца и орбитальные препятствия некоторых из ее спутника.
Первые подсказки пришли из отношений Сатурна с Нептуном. На протяжении всего периода ученые-планетологи наблюдали, что Сатурн и Нептун имеют так называемый спин-орбитальный резонанс: и ось Сатурна, и орбита Нептуна вокруг Солнца, казалось, колебалась почти с одинаковой скоростью. Но данные миссии НАСА Кассини, которая вращалась вокруг Сатурна с 2004 по 2017 год, показали, что Сатурн немного не синхронизирован с Нептуном. Тем не менее, скорость колебаний достаточно близка, чтобы предположить, что планета уничтожила свои резонансные отношения сравнительно недавно в условиях ограниченности — возможно, несколько сотен миллионов лет назад.
«Это говорит о том, что во внешней системе Сатурна произошел какой-то сбой», — говорит планетолог Матия Чук из Института SETI в Маунтин-Вью, Калифорния.
Чук и его коллеги предполагают, что этот сбой произошел в двух частях. Во-первых, обреченная луна столкнулась с Титаном, изменив притяжение Титана к оси сигнала Сатурна настолько, что разрушился резонанс с Нептуном и образовались обломки, которые позже могли говорить и образовать Гиперион. Это столкновение также могло привести к тому, что Титан оказался на более крайней орбите, которая продолжала медленно расширяться в течение следующих нескольких сотен миллионов лет. Орбитальная эволюция Титана в конечном итоге смогла спровоцировать гравитационное разрушение поезда, что привело к столкновению внутреннего спутника Сатурна и измельчению друга, в конечном итоге породив как кольца, так и новую порцию молодого внутреннего спутника.
Ранее планетолог Массачусетского технологического института Джек Уиздом и его коллеги предположили, что разрыв отношений Сатурны и Нептуна совпал с образованием знаменитых колец Сатурна, возраст которых, по данным некоторых планетологов, составляет всего 150 миллионов лет. Команда Уиздом предположила, что дополнительная луна, получившая название Криза, могла потянуть за ось включения Сатурна, нарушив резонанс с Нептуном, прежде чем отклониться в опасной цепи от планеты и разорваться на кольцах.
«Джек хотел связать этого отца вместе», — говорит Чук. «Но я думал, что вызов Гипериона — это более прямой ключ к разгадке». О решении на более ранних работах, Чук подсчитал, что Гиперион, должно быть, обосновался на своем нынешнем орбитальном положении в течение последних 400 миллионов лет, временных рамок, прогрессивных с предполагаемым растворением резонанса Сатурна и Нептуна.
В новой работе Чук и его коллеги предполагают, что когда-то у Сатурна был дополнительный спутник, который они назвали прото-Гиперионом, примерно в четыре раза массивнее Хризалиды. С компьютерного проекта реализована команда прото-Гипериона и Титана, обнаружившая, что Титан выживает, в то время как часть обломков включается в современный Гиперион, пористое тело яйцеобразной формы, которое хаотично падает в космосе.
Но без колец Кризалис, должно быть, была другая регистрация, говорит Чук. Он предполагает, что Титан и Гиперион также могли бы объяснить это — если бы было больше недостающих лун. Они предполагают, что Сатурн изначально мог иметь несколько внутренних спутников, более массивных, чем нынешние. Измененная орбита Титана после аварии могла в течение сотен миллионов лет привести его в резонанс с одной из этих внутренних лун, изменяя орбиту этой луны до тех пор, пока она не столкнется с другой.
Уиздом не считает, что сценарий Чука работает. Во-первых, для этого необходимо, чтобы все внутренние луны были моложе на несколько сотен миллионов лет. Но Мимас, один из этих спутников, имеет достаточно кратеров, что позволяет предположить, что он намного старше.
«Их аргументы не отменяют наш сценарий», — говорит он, добавляя, что новое предложение представляет собой «совершенно другой, более сложный сценарий».
Чук считает, что Мимас все еще может быть молодым — его кратеры смогли сравнительно быстро образоваться в хаотичной внутренней системе Сатурна. Оба планетолога согласуются с тем, что необходимо более детальное моделирование системы Сатурна, чтобы показать, какая картина наиболее правдоподобна.
«Может быть третий вариант нестабильности, сочетающий в себе моего и Джека», — говорит Чук, — или что-то новое.