Планетна история, написана в пръстените на Сатурн

Сатурн може да изглежда спокоен и неподвижен отдалеч, но огромната планета е тънко пулсираща и осцилираща и тези трептения налагат модел на пръстените на планетата, който би могъл да ни разкаже за историята на Saturn .

Това изображение в естествен цвят от космическия апарат Cassini разкрива в детайли известните пръстени на Сатурн.
НАСА / JPL-Caltech / Институт за космически науки

Планета в движение

Този изключително близък план на пръстените на Saturn s от Касини показва редуващите се тъмни и светли ивици на вълни с плътна спирала.
НАСА / JPL-Caltech / Институт за космически науки

Докато космическият кораб "Касини" обикаля около Сатурн, той наблюдаваше как светлините преминават през ледените пръстени на планетата и минават пред далечни звезди. Мигащата звездна светлина разкрива вълни с плътност редуващи се ивици от уплътнен и насипен материал. Тези вълни на плътността ни казват много повече от това, което се случва в пръстените те също ни казват за движенията на повърхността на Сатурн.

Yanqin Wu (University of Toronto, Canada) и Yoram Lithwick (Northwestern University) комбинираха наблюдения и теория за изучаване на повърхностните трептения на Сатурн. Те откриха, че ударите от малки обекти са най-вероятната причина за трептенията, като конвекцията и атмосферните бури играят второстепенна роля. Всяко едно от тези удари кара Сатурн да „звъни“ като камбана, и силата на звука, който чуваме сега, зависи от това колко силно е ударен, колко пъти, колко отдавна и колко бързо избледнява.

Звъни като камбана

Енергии, свързани с различни режими на трептене, получени от наблюдения на Касини (черни квадратчета) и теория (цветни кръгове и сива пунктирана линия). Докато теорията на въздействието съответства на наблюденията добре за високи l-стойности, тя е няколко порядъка твърде ниска при ниски l-стойности. Алтернативните обяснения, показани в десния график, съответстват на данните по-тясно при тези ниски l-стойности. Щракнете за уголемяване
Wu & Lithwick 2019

Колебанията на Сатурн намаляват, тъй като енергията се пренася от вълните на плътността в пръстените му, процес, който може да отнеме до 20 милиона години. Разглеждайки очакваната честота и размер на въздействията през този период, авторите откриват, че сблъсъците в далечното минало биха могли да дадат достатъчно енергия, за да настроят звънене на Сатурн по начина, по който виждаме днес - с изключение на няколко режима на трептене.

Авторите изследвали няколко възможности за обяснение на несъответствието. Сатурн би могъл да преживее еднократно милионно годишно въздействие през последните 40 000 години - така наречения „късметлийски” удар. Възможно е също така някои режими на трептене да избледняват по-бързо от други или енергията да се прехвърля между режимите.

Друга интригуваща възможност е тези липсващи режими да се вълнуват не от въздействия, а от нещо по-екзотично: скални бури. Тези масивни бури може да започнат дълбоко в Сатурн, където атмосферното налягане е приблизително десет хиляди пъти по-високо от налягането на земната повърхност. Тъй като все още не е ясно дали тези масивни бури действително съществуват, авторите признават, че теорията все още не може да бъде доказана или опровергана.

Симулации на два потенциално наблюдавани сигнатура на удара на 150-километров обект: гравитационни моменти (вляво) и радиална скорост (вдясно).
Wu & Lithwick 2019

Симулации на два потенциално наблюдавани сигнатура на удара на 150-километров обект: гравитационни моменти (вляво) и радиална скорост (вдясно). [Wu & Lithwick 2019]

От един газов гигант до друг

Могат ли да се използват колебания, за да научите за историята на въздействието на други планети? Тъй като на Юпитер липсва обширна пръстенна система, която да действа като затихващ механизъм, всякакви колебания, предизвикани от удар, ще продължат много по-дълго - потенциално толкова милиарди години - и ние може да успеем да ги забележим.

За да покажат това, Ву и Литвик прецениха как Юпитер ще отговори на сблъсък с 150-километрово тяло преди милиард години. Те открили, че произтичащите промени в гравитационното поле на Юпитер и повърхностната скорост трябва да бъдат открити съответно чрез Юнона и наземна спектроскопия. С по-нататъшно проучване може да успеем да прочетем трептенията на Сатурн и Юпитер, за да погледнем назад във времето.

Цитат
„Мемоари на гигантска планета“, Yanqin Wu и Yoram Lithwick 2019 ApJ 881 142. doi: 10.3847 / 1538-4357 / ab2892


Тази публикация първоначално се появи на AAS Nova, която съдържа изследователски акценти от списанията на Американското астрономическо общество.