Книга: Математика космоса [Как современная наука расшифровывает Вселенную]

* * *

Среди всех спутников Сатурна семь лун обращаются вокруг своей планеты сразу же за краем внешнего из ее основных колец, кольца A. Это очень маленькие спутники, и плотность у них тоже чрезвычайно низкая, что позволяет предположить наличие внутренних полостей. Некоторые из них по форме напоминают летающие тарелки, а некоторые отличаются гладкой лоскутной поверхностью. Это Пан, Дафнис, Атлас, Прометей, Пандора, Янус и Эпиметий.

В 2010 году Себастьян Шарно, Жюльен Сальмон и Орельен Крида проанализировали, как могло развиваться кольцо с учетом гипотетических «пробных тел» на его границе, и сделали вывод, что эти луны были сформированы из материала, находящегося за пределом Роша, и «выплюнуты» кольцом. Предел Роша обычно определяют как расстояние, внутри которого луны разваливаются на части под действием гравитационных напряжений, но можно подойти и с другой стороны: это расстояние, за пределами которого кольца становятся нестабильными, если их стабильность не обеспечивается другими механизмами, такими, к примеру, как спутники-пастухи. У Сатурна предел Роша (140 000 ± 2000 километров) располагается сразу за краем кольца A (136 775 километров). Пан и Дафнис находятся чуть ближе предела Роша, остальные пять — чуть дальше.

Астрономы давно подозревали, что между кольцами и этими лунами должна существовать какая-то связь — слишком уж близки их радиусы. Кольцо A имеет очень резкую границу, обусловленную резонансом 7:6 с Янусом, который не дает большей части вещества кольца еще отдалиться от планеты. Этот резонанс можно охарактеризовать как временный; кольца «выталкивают» Янус наружу, а сами для начала сдвигаются чуть внутрь, чтобы момент импульса системы не изменился. По мере того как Янус уходит все дальше, кольца получают возможность вновь распространиться наружу, выйдя за предел Роша.

Анализ подтверждает эту точку зрения и показывает, что некоторая часть вещества кольца может временно выталкиваться за предел Роша в результате вязкого растекания — примерно как растекается и становится тоньше капля сиропа на кухонном столе. Метод исследования совмещает аналитическую модель пробных тел с численным гидродинамическим моделированием колец. В результате продолжительного вязкого растекания кольца выплевывают наружу ряд крохотных мини-спутников, орбиты которых очень близки друг другу и почти совпадают. Расчеты показывают, что эти спутнички собраны из ледяных частиц кольца, слегка удерживаемых вместе собственной гравитацией; это объясняет и низкую плотность таких мини-спутников, и их причудливую форму.

Кроме того, эти результаты пролили свет на давний вопрос о возрасте колец. По одной из теорий кольца сформировались из коллапсирующей Солнечной туманности приблизительно в то же время, что и сам Сатурн. Однако, к примеру, такой мини-луне, как Янус, потребовалось бы не более сотни миллионов лет, чтобы переместиться от кольца A на нынешнюю орбиту (и это подталкивает нас к альтернативной теории: как кольца, так и мини-луны появились одновременно, после того как какой-то более крупный спутник прошел предел Роша и распался, и произошло это где-то около 10 миллионов лет назад). Моделирование ограничивает возможное время этого события интервалом от 1 до 10 миллионов лет назад. Авторы утверждают: «Кольца Сатурна, подобные протопланетному диску в миниатюре, являются, возможно, последним местом в Солнечной системе, где не так давно (около 10?⁶ — 10?⁷ лет назад) происходила аккреция».