Суперкомпьютерное моделирование объясняет формирование загадочных колец, окружающих газовый гигант Солнечной системы.
Планетологи использовали моделирование с помощью суперкомпьютера Центр распределенных исследований с использованием передовых вычислений (DiRAC) в Великобритании, чтобы изучить историю формирования массивных колец Сатурна. Анализ показывает, что они сформировались в результате столкновения двух спутников, которое произошло несколько сотен миллионов лет назад.
Кольца Сатурна содержат примерно 90–95% водяного льда и быстро теряют массу. Исследователи полагают, что изначально они представляли собой чистый лед, но затем были испорчены пылью и обломками скалистых метеороидов. Этот состав необычен по сравнению с обычной смесью льдов и камней, наблюдаемой на объектах внешней Солнечной системы.
Исследователи смоделировали как могли выглядеть различные столкновения между спутниками-предшественниками. Эти симуляции проводились с разрешением, более чем в 100 раз превышающим предыдущие подобные исследования. Смоделировав почти 200 различных вариантов столкновения ледяных спутников, исследователи показали, что во многих из них образуются ледяные кольца, соответствующие наблюдениям.
Когда ледяные спутники-прародители сталкиваются друг с другом, скальные породы в ядрах рассеиваются не так широко, как покрывающий их лед, объясняют исследователи. Ледяные осколки, разлетевшиеся на большое расстояние, могли попасть внутрь предела Роша, где гравитация планеты удерживает их от слипания.
Другие осколки и каменистые материалы, вероятно, остались на более далеких орбитах и послужили основой для формирования новых спутников планеты. Лед и каменистые обломки попали на другие ранние спутники Сатурна, показывает моделирование, что потенциально могло вызвать каскад столкновений. Этот эффект умножения должен был разрушить спутники-предшественники и послужить основой для формирования новых.
Два бывших спутника Сатурна могли столкнуться из-за обычно небольших эффектов гравитации Солнца, которые «суммировались» и дестабилизировали их орбиты вокруг планеты, добавляют авторы исследования. При правильной конфигурации орбит дополнительное притяжение Солнца вызывает эффект снежного кома – «резонанс» – который удлиняет и наклоняет обычно круглые и плоские орбиты лун до тех пор, пока их пути не пересекутся, что приведет к высокоскоростному столкновению.
На обложке: снимок Сатурна космическим кораблем «Кассини». Изображение: Kevin Gill from Los Angeles, CA, United States, CC BY 2.0, via Wikimedia Commons