Сатурн создает волны в собственных кольцах

Точно так же, как землетрясения заставляют нашу планету грохотать, колебания внутри Сатурна заставляют газового гиганта чуть-чуть покачиваться. Эти движения, в свою очередь, вызывают рябь в кольцах Сатурна.

Иллюстрация Сатурна и его «нечеткого» ядра. 

В новом исследовании, два астронома Калифорнийского технологического института проанализировали эти колеблющиеся кольца, чтобы получить новую информацию о ядре Сатурна. Для своего исследования они использовали более старые данные, полученные с помощью космического корабля НАСА Кассини, который вращался вокруг окольцованного гиганта в течение 13 лет, прежде чем он нырнул в атмосферу планеты и распался в 2017 году.

Полученные данные свидетельствуют о том, что ядро ​​планеты – это не твердый шар породы, как предполагали некоторые предыдущие теории, а диффузный суп из льда, горных пород и металлических жидкостей – или то, что ученые называют «нечетким» ядром. Анализ также показывает, что ядро ​​простирается на 60 процентов диаметра планеты, что делает его значительно больше, чем предполагалось ранее.

«Мы использовали кольца Сатурна как гигантский сейсмограф для измерения колебаний внутри планеты», – говорит соавтор Джим Фуллер, доцент кафедры теоретической астрофизики в Калифорнийском технологическом институте. «Это первый раз, когда мы смогли сейсмически исследовать структуру газовой планеты-гиганта, и результаты были довольно неожиданными».

«Детальный анализ колеблющихся колец Сатурна – очень элегантная форма сейсмологии, позволяющая вывести характеристики ядра Сатурна», – говорит Дженнифер Джексон, профессор минеральной физики Уильяма Э. Леонхарда из сейсмологической лаборатории Калифорнийского технологического института, которая не принимала участия в исследовании. исследования, но использует различные типы сейсмических наблюдений, чтобы понять состав ядра Земли и потенциально обнаруживать сейсмические события на Венере в будущем.

Полученные данные являются лучшим доказательством нечеткого ядра Сатурна и согласуются с недавними данными миссии НАСА «Юнона», которые указывают на то, что газовый гигант Юпитер также может иметь такое же разбавленное ядро.

«Нечеткие ядра похожи на отстой», – объясняет Манькович. «Газообразные водород и гелий на планете постепенно смешиваются со все большим и большим количеством льда и камней по мере того, как вы приближаетесь к центру планеты. Это немного похоже на части океанов Земли, где соленость увеличивается по мере того, как вы переходите все глубже и глубже, создавая стабильную конфигурацию ».

Идея о том, что колебания Сатурна могут создавать волны в его кольцах и что кольца, таким образом, могут использоваться в качестве сейсмографа для изучения внутренней части Сатурна, впервые возникла в исследованиях Марка Марли (BS ’84) и Кэролайн Порко (PhD ’83 в начале 1990-х годов). ), который позже стал руководителем группы обработки изображений Cassini. Первое наблюдение этого явления было сделано Мэттом Хедманом и П.Д. Николсоном (доктор философии ’79) в 2013 году, которые проанализировали данные, полученные Кассини.

Астрономы обнаружили, что С-кольцо Сатурна содержит несколько спиральных узоров, вызванных колебаниями гравитационного поля Сатурна, и что эти узоры отличаются от других волн в кольцах, вызванных гравитационным взаимодействием с лунами планеты.

Теперь Манькович и Фуллер проанализировали структуру волн в кольцах, чтобы построить новые модели внутренней части Сатурна.

«Сатурн всегда дрожит, но это незаметно», – говорит Манькович. «Поверхность планеты движется примерно на метр каждые 1-2 часа, как медленно колеблющееся озеро. Как сейсмограф, кольца улавливают гравитационные возмущения, и частицы кольца начинают раскачиваться », – говорит он.

Исследователи говорят, что наблюдаемая гравитационная рябь указывает на то, что глубокая внутренняя часть Сатурна, колеблющаяся как единое целое, состоит из стабильных слоев, которые образовались после того, как более тяжелые материалы опустились в середину планеты и перестали смешиваться с более легкими материалами над ними.

«Чтобы гравитационное поле планеты могло колебаться с этими конкретными частотами, внутренняя часть должна быть стабильной, а это возможно только в том случае, если доля льда и камня постепенно увеличивается по мере того, как вы приближаетесь к центру планеты», – говорит Фуллер.

Их результаты также показывают, что ядро ​​Сатурна в 55 раз массивнее всей Земли, причем 17 масс Земли составляют лед и скала, а остальное – жидкость из водорода и гелия.

Хедман, который не участвует в текущем исследовании, говорит: «Кристофер и Джим смогли показать, что одна особенность кольца является убедительным доказательством того, что ядро ​​Сатурна чрезвычайно размыто. Я с нетерпением жду возможности подумать о том, что все другие элементы кольца, созданные Сатурном, могут рассказать нам об этой планете ».

Кроме того, полученные данные бросают вызов существующим моделям образования газовых гигантов, согласно которым сначала формируются скальные ядра, а затем притягиваются большие газовые оболочки. Если ядра планет действительно нечеткие, как показывает исследование, планеты могут вместо этого включать газ на более раннем этапе процесса.