Недавнее исследование предоставило самые убедительные на сегодня доказательства того, что кольца Сатурна удивительно молоды. Это потенциально позволяет решить загадку, которая не давала покоя ученым на протяжении более века.

Исследование, результаты которого опубликованы 12 мая в журнале Science Advances, оценивает возраст колец Сатурна не более чем в 400 миллионов лет. Это говорит о том, что кольца значительно моложе самого Сатурна, возраст которого составляет примерно 4,5 миллиарда лет.

Ведущий автор исследования, доцент Лаборатории физики атмосферы и космоса (LASP) в Университете Колорадо в Боулдере Саша Кемпф сказала, что это исследование дает решение вопроса, который возник еще у Джеймса Клерка Максвелла.

Соавторами исследования также являются ученые из Европейского космического агентства, Свободного университета Берлина, Исследовательского центра Эймса НАСА и Штутгартского университета.

Команда добилась этого решения, изучая неожиданный объект: пыль. По словам Кемпф, крошечные частицы каменистого материала постоянно проносятся через Солнечную систему. Иногда этот поток может отложить тонкий слой пыли на планетарных телах, включая лед, из которого состоят кольца Сатурна.

В своем последнем исследовании Кемпф и ее коллеги попытались определить дату колец Сатурна, наблюдая за тем, с какой скоростью накапливается этот слой пыли, подобно тому, как оценивают возраст дома, проверяя наличие пыли на его поверхности.

Кемпф сравнила кольца с ковром в доме, объяснив, что если у вас чистый ковер, все, что вам нужно сделать, это подождать, пока пыль осядет. Тот же принцип применим и к кольцам.

Процесс был трудоемким. С 2004 по 2017 год команда использовала анализатор космической пыли на космическом аппарате НАСА "Кассини" для изучения частиц пыли вокруг Сатурна. За эти 13 лет исследователи собрали лишь 163 зерна, которые были получены из-за пределов непосредственной близости планеты. Однако этого оказалось достаточно. Их расчеты показывают, что кольца Сатурна накапливали пыль лишь несколько сотен миллионов лет.

По сути, кольца планеты — относительно недавнее явление, появившееся (и потенциально исчезнувшее) в одно мгновение в космических масштабах.

Несмотря на знание приблизительного возраста колец, Кемпф признала, что многие вопросы остаются без ответа, например, первоначальное формирование этих колец.

Начиная со времен Галилея и заканчивая миссией Кассини, исследователи были очарованы этими прозрачными на первый взгляд кольцами на протяжении более 400 лет. В 1610 году итальянский астроном Галилео Галилей впервые заметил эти объекты в телескоп, хотя и не узнал их. В 19 веке Максвелл, шотландский ученый, пришел к выводу, что кольца Сатурна не могут быть сплошными, а состоят из множества отдельных частей.

Теперь известно, что семь колец Сатурна состоят из бесчисленных кусков льда, большинство из которых не больше земного валуна. Этот лед в целом весит примерно вдвое меньше, чем спутник Сатурна Мимас, и простирается почти на 280 000 километров от поверхности планеты.

Кемпф отметила, что в течение большей части 20-го века ученые считали, что кольца, скорее всего, образовались одновременно с Сатурном. Однако эта теория вызывает ряд вопросов, особенно учитывая, что кольца Сатурна удивительно чистые. Наблюдения показывают, что они состоят примерно на 98% из чистого водяного льда по объему, и лишь незначительное количество каменистой материи.

Кемпф выразила свой скептицизм по поводу того, как могло существовать нечто настолько чистое.

"Кассини" предоставил шанс окончательно датировать кольца Сатурна. Космический аппарат впервые прибыл к Сатурну в 2004 году и собирал данные до тех пор, пока в 2017 году намеренно не врезался в атмосферу планеты. Анализатор космической пыли, по форме напоминающий ведро, собирал мелкие частицы, пролетая мимо.

Инженеры и ученые LASP спроектировали и построили гораздо более совершенный анализатор пыли для будущей миссии НАСА Europa Clipper, запуск которой запланирован на 2024 год.

Команда предположила, что эта межпланетная пыль будет вносить менее нескольких граммов пыли на квадратный метр колец Сатурна ежегодно — легкая россыпь, но достаточная для накопления со временем. Предыдущие исследования предполагали, что кольца могут быть молодыми, но не содержали точных данных о накоплении пыли.

Возможно, кольца уже идут на спад. В одном из предыдущих исследований ученые НАСА сообщили, что лед постепенно сходит на планету и может полностью исчезнуть еще через 100 миллионов лет.

Кемпф отметила, что существование этих переходных особенностей в то время, когда и "Галилео", и космический аппарат "Кассини" могли наблюдать их, кажется слишком случайным и требует объяснения того, как кольца сформировались изначально. Некоторые ученые, например, предполагают, что кольца Сатурна могли появиться, когда гравитация планеты разорвала один из ее спутников.

Кемпф поставила под сомнение удачу, связанную с наблюдением колец, если они являются переходными и динамическими.

В то же время, другие исследователи тоже проанализировали данные "Кассини" относительно колец Сатурна и опубликовали свою работу в журнале Icarus.