Цивилизация
Происхождение и эволюция колец Сатурна по сей день остается одной из нерешенных проблем современной науки. Несколько веков наземных наблюдений, прогресс в компьютерном моделировании и даже отправка к системе Сатурна исследовательской миссии Cassini едва ли приблизили астрономов к ее пониманию. Как и где образовались кольца, были они созданы из первородного газопылевого диска, сформировавшего Сатурн 4,5 млрд лет назад, или же они сформировались гораздо позднее при разрушении одного из спутников Сатурна — ответы на эти вопросы до сих пор не найдены.
Группе астрономов под руководством Джеймса О'Донохью из Лестерского университета (Британия) удалось собрать доказательства того, что в настоящее время кольца Сатурна ежедневно теряют огромные объемы вещества, которое выпадает в ионосфере планеты.
Известно, что кольца планеты состоят как из субмиллиметровых частиц льда, так и из огромных глыб размером в километры. Если крупные обломки льда движутся внутри колец по кеплеровским орбитам, подчиняясь законам Ньютона, то движение мелких частиц, если они получают достаточно большой электрический заряд (например, от солнечного ветра) несколько иное. Подобно частицам солнечного ветра в околоземном пространстве, эти микрочастицы льда способны покидать плоскость колец и, навиваясь на силовые линии магнитного поля, путешествовать к Сатурну. Если это так, рассуждали ученые, то определенный поток массы должен постоянно выпадать на разных широтах атмосферы Сатурна. Это и решили проверить астрономы, пронаблюдав ионосферу Сатурна в течение 2 часов 17 апреля 2011 года. Для этого они использовали инфракрасный спектрограф, установленный на 10-метровом телескопе Кека на Гавайях.
Увидеть поток замерзшей воды они не надеялись, а вот заметить характерные признаки этого процесса удалось.
Одним из таких признаков служит повышение плотности иона водорода H3+, который образуется при соударении молекул воды с атомами ионосферы. Оказалось, что распределение этого иона по широтам имеет неравномерный характер, у него есть пики и максимум в полярных областях. Выяснилось, что отдельные пики и провалы плотности соответствуют отдельным кольцам Сатурна и щелям между ними (таким, как щель Кассини). Ученые отметили, что этот «ледяной дождь» выпадает в ионосферу планеты в основном на широтах от 25 до 60 градусов, и в целом такие «заряженные» осадки накрывают от 30 до 43% поверхности Сатурна. Пока остается непонятным, долетает ли вода до атмосферы планеты в виде ионов или же в виде субмиллиметровых заряженных частиц льда.
Как бы то ни было, исследование ученых, опубликованное в Nature, помогло выяснить, с чем связано некоторое несоответствие свойств атмосферы Сатурна теоретическим моделям.
«Главный результат заключается не в оценке эволюции или времени жизни колец, а в том, что мы видим в самой атмосфере Сатурна. Десятилетиями считалось, что на некоторых широтах плотность электронов должна быть выше наблюдаемой. Оказалось, что вода вызывает рекомбинацию электронов, уменьшая их плотность», — пояснил О'Донохью «Газете.Ru».
По словам ученых, теперь предстоит понять, вызывает ли постоянный поток частиц колец нагрев или охлаждение верхних областей ионосферы. Исследователи отмечают, что им впервые удалось выявить взаимодействие ионосферы с веществом колец и понять, как отдают свое вещество на планету отдельные кольца А, В и С.
«По нашим оценкам, на Сатурн ежедневно выливается один олимпийский бассейн. Эти данные могут повлиять на современное представление о массе колец в прошлом и настоящем», — пояснил автор открытия.