Partner Series

How Old Are Saturn's Rings? The Debate Rages On.

Кольца Сатурна и двух его спутников, Дионы и Эпиметея, можно увидеть на этой фотографии, сделанные с космического корабля Кассини широкоугольной камерой на 2 апреля 2016 года.
Кредит: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех/Институт космических наук

Из чудес нашей Солнечной системы, один царствует в качестве эмблемы все это чуждо и потусторонним: величественные кольца Сатурна, поднимая ослепительный и переливающийся над гигантской планеты маслянистым, облако пересекла лицо.

Протянувшийся почти на 300 000 километров от кончика до кончика и содержащим бесчисленное количество ледяных частиц размером от «микроскопических» на «мобильном доме» кольца заставят Сатурн, бесспорно, привлекательный. Но больше, чем просто украшение, они являются одним из самых живучих загадок в планетарной науке. Проще говоря, эксперты не могут договориться о том, как образуются кольца или даже сколько им лет. Являются браслеты Сатурна изначальная характеристика Солнечной системы, которая возникла приблизительно 4,5 миллиарда лет назад, когда хаос и столкновения скульптурные многое из того, что мы видим сегодня? Или они появились недавно?

Ответ не имеет значение только для ученых, чтобы понять, планетных колец и реконструировать Солнечной системы истории; он мог бы головокружительные последствия для астробиологов, интересно ли инопланетная жизнь может процветать под ледяной коркой Энцелада, небольшой внутренний спутник Сатурна, чьи похоронен, Мирового океана является одним из лучших мест, чтобы искать по биологии за землю.

Хотя и не окончательные, самые лучшие доступные данные, чтобы положить конец спорам пришел в последние годы космический аппарат НАСА «Кассини» на орбите Сатурна с 2004 по 2017 годы. На основе Кассини размеры колец массы и яркости, многие ученые сейчас считают, что они удивительно молодой, имеющих ворвался в существование сравнительно недавно, 100 миллионов лет назад, когда динозавры еще бродили по земле—это означает, что, рассматривается через некоторое ящер телескоп, Сатурн мог быть до странности лишен кольца.

A view of Saturn's northern hemisphere in 2016.

Вид северного полушария Сатурна в 2016 году.
Кредит: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех/Институт космических наук

Но не все уверены; это слишком трудно, некоторые критики говорят, чтобы выработать такие широкие кольца в относительно Плесид Солнечной системе сейчас и рядом-прошлых лет.

«У меня нет возражений к молодым кольца. Я просто думаю, что никто не нашел очень правдоподобную, способ делать их», — говорит эксперт кольца лука Донэс из Юго-Западного исследовательского института. «Это требует очень маловероятно».

Сегодняшняя дискуссия по поводу происхождения колец Сатурна восходит своими корнями на несколько десятилетий назад, в основном как разведывательные системы межпланетного Вояджер-1 и Вояджер-2 миссии. Эти замечания намекнул, что кольца были на удивление легкими, нет достаточного веса, чтобы сохранить их блеск жемчужно всей Солнечной системы миллиарды лет истории. Кольца, казалось, были совсем молодые—но теоретики пытались разработать механизм, чтобы объяснить их сравнительно недавнего образования.

Затем подошел Кассини. К концу миссии, космический корабль совершил два десятка дерзких погружений между вершинами облака Сатурна и внутренней кольцевой системы края. Как это резьбовые иглу, Кассини тщательно измерить массу колец и придумали ряд похожие на «Вояджер»: примерно половина массы Мимаса, небольшая ледяная луна подшипник становится похож на «Звезду смерти» космическая станция из «Звездных войн».

Но это только часть истории. Ранее в своей миссии, космический аппарат также оцарапала края кольца, зачерпнув пыли и других частиц, чтобы помочь оценить, сколько темных обломков структур, выводит из их окружения—еще один важный измерения для точного определения их возраста. Как его измерениях системы массового, Кассини чтений пыли в окрестностях Сатурна еще намекнул на юношеских кольца: несмотря на то, что постоянно посыпанный темно-мусор, пролитую темным объектов на периферии Солнечной системы, кольца Сатурна из водяного льда по-прежнему ярко-белый. Как подсказывает логика, чем старше колец, тем темнее они должны быть—если они не достаточно массивный, чтобы хоть как-то накопить темной пыли за миллиарды лет, сохраняя свой юношеский блеск.

Робин Canup, из Юго-Западного исследовательского института, относится к этой линии доказательств как «аргумент загрязнения» для молодых кольца. «Тот факт, что кольца ярко говорит нам, в некотором роде, что они не были эффективно загрязненные, или, по крайней мере, что мы не видим этому подтверждение», — говорит она.

Дополнительные наблюдения показывают, что не только кольца поглощающего материала, они также теряют его в огромных количествах, постоянно посылая потоки ледяных частиц в атмосфере планеты. В самом деле, с одной из оценок, предполагая, что такие ливни могут разрушающим кольца в течение 300 миллионов лет, кажется, что наиболее отличительной чертой Сатурна может быть действительно на удивление скоротечной.

«Идея о том, что они могли бы быть вокруг в течение 4.5 миллиардов лет действительно не поддается объяснению в моей голове», — говорит Эрик Asphaug Аризонского университета, который изучает взаимодействие между кольцами Сатурна и его многочисленных спутников.

Несмотря на это, многие убедительные аргументы остаются против якобы молодой колец Сатурна. Делая такой экспансивный кольцевую систему так недавно, оказывается, задача не из легких; шансы уложены против него. Конечно, планета может иметь растрепанные проходной cometin целом или в части, распугивая раздели остается в кольца; и, да, возможно interloping объект врезался в один из спутников Сатурна, образуя кольца из забрызгали, измельчают Луна-бит. Но любой честный теоретик, такой сделанный на заказ сценарии попахивают специальные мольбы.

«У нас есть довольно хорошая идея, перепись, сколько комет летят во внешней Солнечной системе, и вам просто не хватает, чтобы сделать этот сценарий, скорее всего,» Донэс говорит. «В течение последних сотен миллионов лет, то вероятность, что это может быть несколько процентов.»

Но, предположим, что нет комет были вовлечены в вышестоящие органы кольцо полностью возник изнутри, а не снаружи системы Сатурна. При изучении любопытно орбиты объектов планеты луны, из SETI, Матия Ćuk и его коллеги обнаружили нечто удивительное. В компьютерной модели проследили орбиты этих спутников в прошлое, все пошло немного не по сценарию примерно 100 миллионов лет назад, с Луны резких скачков на орбитах, которые просто не наблюдается и сегодня.

«Их орбит не вылетели из плоскости экватора сторону Сатурна больше, чем мы наблюдаем,» Ćuk говорит. «Это означает, что этой истории то, что мы моделируем не произошло, а нынешние спутники должны быть моложе».

Иными словами, более ранняя система спутников должны были перестроены в систему мы видим сегодня.

Cassini snapped this partial portrait of Saturn's rings and moons in July 2011. From left to right, five moons are visible in this picture: Janus, Pandora (at the edge of the thin ring near the image's center), Enceladus, Mimas and Rhea.

«Кассини» сделал этот частичный портрет колец Сатурна и Луны в июле 2011 года. Слева направо, пять лун видны на этой картинке: Янус, Пандора (на краю тонкое кольцо возле центра изображения), Энцелад, Мимас и Рея.
Кредит: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех/ССИ

Во-первых, непонятно было, что могло бы начаться, что перестановка, но последующие работы вороватый неожиданный виновник: солнце. Даже через огромные расстояния, гравитация Солнца может нарушить движения планет и, что более важно для этой истории, их спутников. Ćuk и его коллеги обнаружили, что можно на орбите Сатурна приблизились к точке, где слабое гравитационное влияние Солнца может чуть-чуть подтолкнуть большой внутренний Луны на другой путь, ведущий к столкновению с родным братом.

«И тогда вам сформировать кольцо, которое в 10 раз больше, чем кольцо у вас сейчас, некоторые из которых прирастает и форм новых спутников», — говорит он.

Одна путая следствие из этого сценария является то, что Сатурн существующих внутренних лун бы, как Ćuk говорит, объединились и вышли из столкновения обломков—это означает, что Энцелад, Мимас и любое тело на орбите как можно ближе и ближе к планете, чем Луна то большая Реи будут около 100 миллионов лет. Этот сценарий, однако, резко контрастирует с оценками возраста для внутренней лунами, основанный на подсчете кратеров на их поверхности. Как хорошо, молодой Энцелад может представлять серьезные проблемы для астробиологи надеются, что глобальных Луны, подземные моря существовал достаточно долго для развития жизни есть.

«Я не думаю, что люди хотели услышать, что» Ćuk говорит.

Canup и другие говорят, что во время Ćuk гипотеза правдоподобна, она не сможет объяснить, каким образом материал создается Луна-Луна ломку образуют кольцо. Чтобы сделать это, мусор столкновения должен быть достаточно близко к Сатурну для гравитации планеты, чтобы сохранить его разбросаны, а не в дальних отдаленных регионов, где лун форме и жить.

«Как вы получаете материал из такого рода столкновения обратно на низких орбитах, где кольца, и откуда ты взял, что материал должен быть только лед?» Canup спрашивает.

Факт в том, что старые кольца просто легче сделать. Миллиарды и миллиарды лет назад, когда планеты устраивались в своих нынешних позиций, они взлетели малых тел всей Солнечной системы, как на кофейную игроки в бильярд с зыбкой цели. Так, Canup, наиболее экономное объяснение заключается в том, что некоторые древние катаклизм украшали раньше без колец мира, и ученые должны пересмотреть свои аргумент загрязнения указывая на молодого колец.

Если скорость, с которой пыль попадает на кольца меняется с течением времени, или если основные предположения о том, что пыль темнеет колец не правы, возможно для колец, чтобы быть изначальной—правда, с неестественно бодрый блеск.

«Понятно, что снег-это красиво и ярко, когда он падает, и он не занимает много грязи, чтобы снег выглядят довольно темными,» Донэс говорит. Но, отмечает он, высокоскоростных соударений между пыли и ледяных частиц кольца может не быть раскраски колец в точных способов ученые подозревают, возможно, внося меньше тени, чем ожидалось.

Более убедительным для старую историю кольца, Canup говорит, симуляторы древний, кольцо-формировать столкновения. Если начальная масса мусора существенно выше, чем в текущем кольца, он будет быстро распространяться и рассеиваться. Некоторые из них упадет в Сатурн, некоторые из них будут бежать на орбиту, а остальное осядет в лун и колец. Любопытно, что она говорит, независимо от того, начинаете ли вы с одним или 10 раз больше массы Мимаса, за миллиарды лет, базовая орбитальная динамика предполагают, что это будет отселить почти точное количество материала, который мы видим сегодня.

«Кольца как раз есть точная масса, что можно было бы ожидать, если бы они были встречными и распространяется на четыре миллиарда лет», — говорит Canup. И после наблюдений Кассини одновременно поддерживать старые колец и маленьких колец, хотя и по-разному, приземлиться на окончательный ответ сложно.

«Когда у вас есть предсказания или интерпретации, которые являются независимыми и в конечном итоге не в ладах друг с другом, это становится интересным», — говорит она.

Captured by Cassini in March 2016, this edge-on view of a portion of Saturn's rings also includes three moons: Mimas (at top), Janus (just above the rings) and Tethys (below the rings). Any explanation for the formation of the planet's rings must also account for its enigmatic moons.

Захвачен Кассини в марте 2016 года, этот край-на вид части кольца Сатурна и спутники: Мимас (на вершине), Янус (чуть выше кольца) и Тетис (ниже кольца). Никаких объяснений для формирования колец планеты необходимо также учитывать его загадочных спутников.
Кредит: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех/ССИ

Наши извилистые усилия, чтобы отличить истину Сатурна далека от завершения. Что-то поставить кольца вокруг планеты, хотя нам еще предстоит понять, как.

«Я вижу систему Сатурна как в середине каскад—хаотичный каскад. Он не закончил со мной», — говорит Asphaug.

Действительно, вся система Сатурна является загадкой. Не только кольца планеты недоумение, но его обширные и разнообразные спутники трудно объяснить. Из Япет, двухцветный Луны, что напоминает грецкий орех из-за странной экваториального хребта и сплюснутые полюсов, в туманный Титан, гигантский Луна с жирной озер и чуждые химии, внутренний лунами, которые когда-то были кольца самостоятельно, Сатурна система является воплощением странности. Итак, любая история, которая претендует на то, чтобы объяснить, в кольца должна также, в некотором роде, счет на эти и другие чудаки.

«Я вижу много невозможно геологические вещи. Я вижу планету, которая должна выглядеть Каллисто, но вместо этого выглядит как Титан. Я вижу спутников, что не должно существовать, как Энцелад и Мимас, которые имеют тяжелые истории—будь то в наши дни это означает, что они старые или нет, мы не знаем. И тогда вы увидите Энцелада идет как ракета, и это наиболее надежную эруптивные тела в Солнечной системе, и это не делает никакого смысла для меня, как геолога», — говорит Asphaug. «Мимас получает более приливный нагрев, чем Энцелад и наповал! Все это не имеет смысла!»

Решение загадок Сатурна, возможно, лежат в области планетарной динамики, где моделирование гравитационных взаимодействий реконструировать прошлое (и будущее), что мы наблюдаем сегодня. Или ответ может полагаться на основе лабораторных исследований высокоскоростных столкновений между темной пыли и ледяных частиц, чтобы определить, как именно пыль цвета льда. Это может означать пересмотр предположений о том, как вероятность того, что кометы имеют судьбоносной встречи с Сатурном. Или, возможно, требуют более детального анализа кратерами поверхности свитой Сатурна внутренних лун, чтобы лучше знать свой истинный возраст, возможно, еще один корабль отправляют бродить районе планеты.

«Это старая идея, что кольца древней и неуклонно обрушивается чистого материала, что так же, как мы видим сегодня? Эта идея не будет работать», — говорит Ларри Эспозито из Университета Колорадо Боулдер. «Но что возможным механизмом может образовывать кольца в последнее время? Никакие существующие теории удовлетворительно».

Эта статья была впервые опубликована в «Сайентифик Американ». © ScientificAmerican.com 2012. Все права защищены. Следуйте научного американца на Twitter @SciAm и @SciamBlogs. Посетите ScientificAmerican.com для последних в области науки, здравоохранения и Технологии Новости.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *