«Луны всегда изменяют орбиты. Это неизбежно», говорит Мэтиджа Кук, научный руководитель в Институте SETI. «Но тот факт позволяет нам использовать компьютерные моделирования, чтобы чесать историю внутренних спутников Сатурна. Делая так, мы находим, что они, скорее всего, родились во время новых двух процентов истории планеты».
В то время как кольца Сатурна были известны с 1600-х, есть все еще дебаты об их возрасте. Прямое предположение – то, что они исконные – столь же старый как сама планета, которая составляет больше чем четыре миллиарда лет. Однако в 2012 французские астрономы нашли, что приливные эффекты – гравитационное взаимодействие внутренних лун с жидкостями глубоко в интерьере Сатурна – заставляет их расти к большим орбитальным радиусам сравнительно быстро. Значение, учитывая их нынешние положения, то, что эти луны, и по-видимому кольца, являются недавними явлениями.
Cuk, вместе с Люком Доунсом и Дэвидом Несворни из Юго-западного Научно-исследовательского института, использовал компьютер, моделирующий, чтобы вывести прошлое динамическое поведение ледяных внутренних спутников Сатурна. В то время как на нашем собственном спутнике есть своя орбита вокруг Земли к себе, много спутников Сатурна должны разделить пространство друг с другом. Все их орбиты медленно растут из-за приливных эффектов, но по различным ставкам.
Это приводит к парам лун, иногда входящих в так называемые орбитальные резонансы. Они происходят, когда орбитальный период одной луны – простая часть (например, половина или две трети) периода другой луны. В этих специальных конфигурациях даже небольшие луны со слабой силой тяжести могут сильно затронуть орбиты друг друга, делая их более удлиненными и наклонив их из их оригинального орбитального самолета.
Сравнивая существующие орбитальные наклоны и предсказанные компьютерными моделированиями, исследователи могли учиться, сколько вырастили орбиты спутников Сатурна. Оказывается, что для некоторых самых важных спутников – Tethys, Дион и Реи – орбиты менее существенно изменены, чем ранее мысль. Относительно маленькие орбитальные наклоны указывают, что не пересекли много орбитальных резонансов, означая, что они, должно быть, сформировались недалеко от того, где они теперь.
Но когда было их рождение? Cuk и его команда использовали результаты миссии Кассини НАСА помочь ответить на этот вопрос.
Космический корабль Кассини наблюдал ледяные гейзеры относительно спутника Сатурна Энцелад. Предполагая, что энергия, приводящая эти гейзеры в действие, прибывает непосредственно из приливных взаимодействий, и что уровень Энцелада геотермической деятельности более или менее постоянный, тогда потоки в Сатурне довольно сильны. Согласно анализу команды, они переместили бы спутник небольшим количеством, обозначенным моделированиями только через приблизительно 100 миллионов лет.
Это датировало бы формирование крупнейших лун Сатурна, за исключением более отдаленного Titan и Iapetus, к относительно недавнему меловому периоду, эра динозавров.«Таким образом, вопрос возникает, что вызвало недавнее рождение внутренних лун?» спрашивает Кук. «Наше лучшее предположение – то, что у Сатурна была подобная коллекция лун прежде, но их орбиты были нарушены специальным видом орбитального резонанса, включающего движение Сатурна вокруг Солнца. В конечном счете орбиты соседних лун пересеклись, и эти объекты столкнулись.
От этого щебня сформировался существующий набор лун и колец».Если этот результат правилен, яркие кольца Сатурна могут быть моложе, чем расцвет динозавров, и нам повезло засвидетельствовать их сегодня.