За пръстените на Сатурн и други загадки

Много планети в нашата Слънчева система имат пръстени. Само дето са близко и не блестят така, както тези на Сатурн. Всъщност основният блясък на пръстените произлиза от частици воден лед (90% частици) с тяхното високо албедо. Но ако често се возите на кола, то със сигурност сте забелязали, че ледът рядко остава чист задълго. В пръстените на Юпитер и Нептун (и не само там) той бързо почернява от сблъсъците с микрочастици с камениста природа (по пътищата – пясък и т.н.). Повреждането на повърхността от ударите прави черен леда в пръстените на повечето планети. Но не и при Сатурн! Как е възможно?

Има хипотеза, че пръстените на Сатурн са се образували неотдавна (стотици милиони години) и още не са успели да почернеят. Но телата, от които вероятно са се формирали пръстените, са се носели интензивно из Слънчевата система през първите 700 млн. години от нейното съществуване. Вероятността нещо подобно да е преминало близо до Сатурн в последните милиард години е меко казано ниска.

„Не знам по какъв начин пръстените на Сатурн са могли да се формират наскоро”, недоумява Робин Кануп, астроном от Югозападния изследователски институт в Боулдър (САЩ).

Както често се случва дори в най-успешните науки, когато изследователите виждат нещо, което не разбират, го обясняват с нещо, което не виждат, но им се струва, че разбират. Правилно разбрахте – отново изплува аргументът за „невидимата маса”.

Отнесено към пръстените на Сатурн, това е най-големият и най-лошо наблюдаваният пръстен – В. За разлика от останалите пръстени той е толкова непрозрачен, че астрономите не могат да го изучат детайлно по преминаващата през пръстена светлина, оттук и неопределеността на масата му.

Както сигурно ще попитате, неизвестната маса на пръстена В може ли да се обясни с непонятната чистота на водния лед във видимите пръстени? Всъщност, ако капнете капка черна боя в чаша с мляко, то цветът му може да се промени. А ако го направите в басейн с мляко, промяната на цвета едва ли ще бъде съществена. Ако пръстените са се образували преди милиарди години, но имат колосална маса (по-голяма от тази, която астрономите им приписваха дълго време), то микрометеоритите не са успели да „почернят” такава грамада лед.

За да се провери хипотезата за масата на пръстен В, през 2017 година сондата „Касини” ще бъде разположена между Сатурн и най-близкия до него пръстен D. Наблюдавайки вариациите в орбиталните скорости на сондата на различни разстояния от пръстена, астрономите се надяват да установят истинската маса на загадъчния пръстен В. Ако тя все пак съвпада с предишните оценки, ситуацията с пръстените на Сатурн ще се превърне в истинска загадка.

За щастие това не е единственият проблем със системата на Сатурн. Там е и Енцелад, спътник с постоянно кипящи гейзери и вулканични (по-скоро криовулканични) изригвания. Съдейки по тяхната интензивност, Енцелад изхвърля в околното пространство 16 гигавата топлина, а по сметките следва да отдава десет пъти по-малко. Нито разпадът на радиоактивни елементи в ядрото, нито приливното нагряване от Сатурн могат да обяснят това – изригванията на солена вода на него са толкова големи, че са дали живот на Сатурновия пръстен Е, породен от гейзерите на Южния полюс на Енцелад.

И тук има хипотеза, която се подкрепя например от Крейг О’Нийл от Университета Макуори (Австралия). Енцелад натрупва приливно нагряване вътре в ледената си обвивка, подобно както херметичен контейнер с кипяща вода насъбира пара, докато не избухне. Такъв цикъл според изчисленията на учените може да отнеме от 100 милиона до 1 милиард години, през които поради ниската топлопроводимост на леда в кората във вътрешността Енцелад насъбира топлина, докато горещата (според тамошните мерки) вода не започна да избликва, чупейки леда. Моментът на фонтанирането продължава кратко, общо 10 млн. години, но именно с него ученият е склонен да обясни изгледа на Енцелад и дори на Европа и Миранда (спътници на Юпитер и Уран), където също има следи от криовулканизъм.

Енцелад с млада гладка повърхност с вулканичен произход контрастира на кратерите на Мимас („Звездата на смъртта”). В центъра е изригване на Енцелад, видимо от Космоса.
© NASA, JPL, UA

Както всяка теория, и тази не е без недостатъци. Името на нейния е Мимас, спътник на Сатурн, върху който още по-силно влияят приливните сили (Мимас е много по-близо до Сатурн от Енцелад), но на повърхността му няма и най-малки следи от криовулканизъм. Как той губи получаваната при нагряването топлина?

Сходна с Енцелад ситуация се наблюдава и на спътника на Йо – спътник на Юпитер. Неговите гейзери се издигат на височина до 500 км (повече от орбитата на МКС), а той отделя 99 000 гигавата топлинна енергия. Дадените модели имат няколко пъти по-малки значения, но те не пречат на Йо да е най-вулканично активното тяло в нашата система.

Вулканичната активност на Йо превъзхожда по мащаби тази на Енцелад.
© NASA, JPL, UA

Предполага се, че причината за това е взаимодействието с Европа и Ганимед, които деформират орбитата на Йо и допълнително я разтеглят. А това засилва приливното нагряване от въздействието на Юпитер. Но ако има влияние от другите два спътника, то би трябвало да отнема енергията на Йо и орбитата му прогресивно да намалява. Когато тя за пореден път се свие, става по-близка до кръговата и луната отново може да се охлади.

Както отбелязва Дейвид Стивънсън, планетолог от Калифорнийския технологичен институт в Пасадена (САЩ), дори тази теория да е вярна, поведението на Йо си остава загадъчно както и преди. Защото ако орбитата му периодично се променя и ние не можем да си представим колко, то тя е прекалено сложна за всички мислими модели.

Източник: Nature News