Космическая катастрофа: как Титан «протаранил» неизвестную луну Сатурна и создал его кольца
Наша Солнечная система кажется очень стабильной. Орбиты планет, лун, комет и других объектов настолько предсказуемы, что послужили основой для теорий гравитации, а также позволили заглянуть во внутреннее строение небесных тел. В знаменитом заключительном абзаце «Происхождения видов» Чарльз Дарвин даже противопоставлял вечные циклы планет хаотичным изменениям, движимым эволюцией.
Однако ряд мелких, но досадных несоответствий в свойствах Сатурна и его спутников заставили исследователей предположить, что, возможно, нечто встряхнуло эту систему относительно недавно. К числу этих странных загадок относятся: молодой возраст колец Сатурна и его причудливого спутника Гипериона; некруговая и расширяющаяся орбита Титана, а также его плотная атмосфера; сильно наклонённая орбита спутника Япета; большой наклон оси самого Сатурна и то, как планета колеблется при вращении. Специалисты предлагали разные причины для каждого из этих явлений, но недавняя модель, опубликованная в Planetary Science Journal астрофизиком Института SETI Матией Чуком и его коллегами, даёт единое объяснение.
«Всё движимо расширением орбиты Титана. Когда он движется по орбите, он врезается в другие луны и создаёт проблемы».
В модели исследователей самая большая проблема возникла, когда Титан столкнулся с крупной, пока ещё гипотетической луной, которую исследователи называют прото-Гиперионом. Обломки этого удара сформировали кольца Сатурна, а также сам губчатый, похожий на картофелину Гиперион. Это столкновение также могло взбудоражить вещество, сформировавшее плотную атмосферу Титана. Тем временем миграция Титана изменила наклон оси самого Сатурна.
Когда обломки осели, а луны завершили свою перестройку, Япет и другие спутники оказались на своих нынешних местах. И всё это, согласно модели, произошло в течение последнего миллиарда лет, возможно, всего несколько сотен миллионов лет назад — что в космических масштабах является недавним событием для столь драматичной перестройки.
Расширяющаяся орбита и шаткие луны
«Мы ожидаем, что изначально наклон оси у планет-гигантов был близок к нулю», — сказала Мелен Сайенфест, астрофизик из IMCCE Парижской обсерватории, не участвовавшая в этом исследовании.
«Наиболее убедительный на сегодняшний день сценарий заключается в том, что наблюдаемое быстрое расширение орбиты Титана привело ось вращения Сатурна в своего рода резонанс с орбитой Нептуна», — пояснила Сайенфест, что отражено и в её собственных исследованиях.
Все эти фрагменты в той или иной форме предлагались учёными на протяжении последних десятилетий, но амбициозная попытка собрать их в единую историю выделяет это исследование на общем фоне.
Возникший резонанс также влияет на луны, включая Япета. «Когда мы говорим о колебании системы, колеблется не только планета: все спутники колеблются вместе с ней», — сказал Чук.
Точно так же многие исследователи подозревают, что кольца Сатурна значительно моложе самой планеты, судя по их малой массе и отсутствию пыли. Из-за низкой плотности, хаотичного вращения и странного, почти губчатого вида многие считают, что Гиперион также сформировался довольно недавно.
Но самое захватывающее в этой гипотезе — её драматизм. Представьте себе: всего несколько сотен миллионов лет назад (а это лишь десятая часть возраста Солнечной системы) вокруг Сатурна существовала система, совершенно не похожая на современную. Титан, ныне спокойный и покрытый метановыми озёрами, был настоящим «бульдозером». Расширяя свою орбиту из-за приливных взаимодействий с Сатурном, он неумолимо двигался наружу, расталкивая и поглощая меньшие луны.
Кульминацией стала катастрофа, когда Титан протаранил прото-Гиперион — крупное небесное тело, которое, по расчётам учёных, могло существовать на орбите между Тианом и Япетом. Удар был настолько мощным, что луна буквально разлетелась на куски. Из самых крупных обломков сформировался современный Гиперион — рыхлый, хаотично вращающийся «булыжник» с кратерами, похожими на губку. А более мелкие обломки образовали знаменитые кольца Сатурна.
Более того, этот же катаклизм мог объяснить и тайну атмосферы Титана. Удар высвободил огромное количество газов из недр прото-Гипериона, которые были захвачены гравитацией Титана, дополнив его и без того плотную азотную атмосферу.
И наконец, гравитационный «пинок» от этого события заставил ось Сатурна наклониться на 27 градусов — именно такой наклон мы наблюдаем сегодня. Вся система буквально «рухнула набок», чтобы приспособиться к новому расположению масс.
Что это значит для нас?
Эта модель, хотя и вызывает споры (не все учёные согласны, что кольца Сатурна действительно такие молодые), предлагает элегантное решение сразу нескольких загадок. Вместо того чтобы искать отдельные объяснения для молодости колец, странной формы Гипериона, наклона Сатурна и расширяющейся орбиты Титана, астрофизики теперь могут сказать: «Это случилось в одном событии».
«Идея Чука и его коллег — попытаться воспроизвести в едином сценарии как можно больше аспектов вращения Сатурна и его системы лун, которые, судя по всему, указывают на «недавнее» событие, — отметила Сайенфест. — Предложенный ими сценарий действительно неплохо справляется с этой задачей».
Альтернативные объяснения некоторых из этих явлений могут означать, что единая модель необязательна. И связывание столь разных явных аномалий, скорее всего, вызовет споры в научном сообществе.
«На мой взгляд, этот подход — пытаться решить сразу столько априори не связанных между собой вопросов — несколько рискован», — сказала Сайенфест, отметив, что не все согласны с молодым возрастом колец или с объяснением колебаний Сатурна. «У каждой из многочисленных мелких загадок, которые они здесь рассматривают, в научном сообществе есть свои собственные дискуссии».
Тем не менее, независимо от того, подтвердится ли эта гипотеза в будущем, она напоминает нам о главном: даже самые величественные и, казалось бы, неизменные системы (как кольца Сатурна) могут быть результатом сравнительно недавней и жестокой космической аварии. И, возможно, наша собственная система когда-то пережила нечто подобное.
