Книга: Математика космоса [Как современная наука расшифровывает Вселенную]

* * *

Кольца Сатурна известны со времен Галилея, несмотря на то, что сам он не знал в точности, что они собой представляют. Кольца Урана попали в поле зрения астрономов в 1979 году. Мы сегодня знаем, что Юпитер и Нептун также обладают очень тусклыми системами колец. И даже спутник Сатурна Рея, возможно, имеет собственную очень разреженную систему колец.

Более того, в 2009 году Дуглас Хэмилтон и Майкл Скрутски обнаружили, что у Сатурна есть поистине гигантское, но очень тусклое кольцо намного больше тех, что видели Галилей и «Вояджеры». Предшественники не заметили это кольцо отчасти потому, что видимым оно является только в инфракрасном свете. Его внутренний край отстоит примерно на шесть миллионов километров от планеты, а внешний удален от нее на 18 миллионов километров. В пределах кольца обращается спутник Сатурна Феба, и очень может быть, что именно этому спутнику кольцо обязано своим существованием. Это очень разреженное кольцо состоит из льда и пыли; не исключено, что оно может помочь исследователям разобраться в давней загадке — темной стороне Япета. Известно, что одна половина спутника Япет заметно ярче другой — этот факт ставил астрономов в тупик примерно с 1700 года, когда Кассини первым обратил на него внимание. Теперь кажется вероятным, что Япет собирает на себя темное вещество гигантского кольца.

В 2015 году Мэтью Кенворти и Эрик Мамаек объявили, что у далекой экзопланеты, обращающейся вокруг звезды J1407, имеется система колец, по сравнению с которой система Сатурна кажется бледной и совершенно незначительной, даже принимая во внимание обнаруженное недавно внешнее кольцо. Эти кольца, подобно кольцам Урана, открыты в результате анализа флуктуаций на кривой блеска (кстати говоря, это основной метод обнаружения экзопланет, см. главу 13). Когда планета проходит по диску звезды (транзит), свет звезды несколько тускнеет. В данном случае ослабление блеска звезды повторялось на протяжении двух месяцев, но каждое событие (затемнение) было довольно коротким. Из этого был сделан вывод, что линию зрения от этой звезды к Земле, должно быть, пересекла какая-то экзопланета с многочисленными кольцами. В наилучшей модели получилась система из 37 колец, радиус которой составляет 0,6 а.е. (90 миллионов километров). Сама экзопланета пока не обнаружена, но считается, что она примерно в 10–40 раз массивнее Юпитера. Чистый промежуток в системе колец проще всего объяснить присутствием экзолуны, размер которой также можно оценить.

В 2014 году еще одна система колец была обнаружена в Солнечной системе в совершенно невероятном месте: вокруг астероида (10199) Харикло — малого тела, принадлежащего к типу так называемых кентавров[43]. Это тело обращается между Сатурном и Ураном и является крупнейшим известным кентавром. Его кольца проявили себя двумя легкими снижениями яркости в серии наблюдений, в которых Харикло заслонял собой (на астрономическом жаргоне — покрывал) различные звезды. Относительное положение этих впадинок на графике близко все к тому же эллипсу с Харикло возле центра; предполагается присутствие двух близких колец на почти круговых орбитах, плоскость которых видна нам под углом. Одно из колец имеет радиус 391 километр и ширину около семи километров; затем идет девятикилометровый промежуток до второго кольца радиусом 405 километров.

Поскольку уже понятно, что системы колец в космосе встречаются, их существование не может быть простой случайностью. Но как же формируются кольца? Существует три основные теории. Они могли сформироваться из первоначального газового диска одновременно с планетой; они могут оказаться остатками луны, разбитой при столкновении; они могут быть остатками луны, подошедшей к планете ближе предела Роша, на котором приливные силы превышают прочность камня, и разрушенной ими.

Поймать систему колец в стадии формирования шансов мало, хотя открытие Кенворти и Мамаека показывает, что это в принципе возможно, но при этом мы получим в лучшем случае мгновенный снимок. Весь процесс занимает не одну тысячу лет, и наблюдать его целиком никаких жизней не хватит. Зато мы можем проанализировать гипотетические сценарии математически, сделать предсказания и сравнить их с результатами наблюдений. Этот процесс чем-то напоминает поиски окаменелостей в небесах. Каждая «окаменелость» рассказывает нам о том, что происходило в прошлом, но для интерпретации этих данных необходима гипотеза. А чтобы разобраться в следствиях из этой гипотезы, вам потребуются математическое моделирование, умозаключения или, что еще лучше, теоремы.