Учёные смоделировали столкновения спутников Сатурна — так рождались его кольца

Автоматическая станция «Кассини» собрала много доказательств относительной молодости колец Сатурна — редкого и величественного явления в космосе. Судя по наблюдениям, кольца образовались лишь несколько сотен миллионов лет назад, когда по Земле уже ходили динозавры. Подобная история заставляет учёных искать ответ на вопрос, как такое могло произойти. Моделирование показало, что вероятнее всего кольца возникли из обломков столкнувшихся спутников Сатурна.

Кадр из симуляции. Источник изображения: NASA/Durham University/Glasgow University/Jacob Kegerreis/Luís Teodoro

Исследовательская группа воспользовалась суперкомпьютером Distributed Research using Advanced Computing (DiRAC) в Даремском университете (Великобритания). Учёные смоделировали почти две сотни столкновений между бывшими гипотетическими спутниками Сатурна. Ранее подобные вычисления уже проводились, но в новой работе шаг симуляции уменьшили в 100 раз, чтобы на два порядка улучшить разрешение.

Моделирование показало, что при самых разных сценариях столкновения необходимое для образования колец количество льда распространяется в границах так называемого предела Роша, где вещество захватывается гравитацией Сатурна и перемалывается в более мелкие обломки. За границами предела Роша остатки от лун после столкновений способны собраться в отдельные новые луны. Похоже, именно так был образован спутник Сатурна Рея. Эта луна находится почти на круговой орбите. Если бы она была древней, Солнце изменило бы её орбиту до эллиптической и более наклонной.

Сценарий со столкновением лун также объясняет, почему материал колец представлен преимущественно льдом. Во время столкновения лун скальная порода как более тяжёлая не смогла бы в значительном объёме мигрировать в зону гравитационного влияния Сатурна, тогда как более лёгкие ледяные обломки на это способны. Тем самым, также, скальные останки бывших лун могли бы стать основой для образования новых спутников Сатурна на других орбитах.

Знание истоков зарождения колец Сатурна и возможной эволюции его спутников имеет важнейшее значение для земной науки. Спутники Сатурна, как и спутники Юпитера, рассматриваются как миниатюрные звёздные системы, на лунах которых могла зародиться своя жизнь. Например, в подлёдном океане Энцелада, шестого по размерам спутника Сатурна. Но если эти луны молоды, то шансы найти там даже микробную биологическую жизнь сильно ниже.