Международное сотрудничество ученых России и США в космическом проекте Кассини по исследованию Сатурна принесло новую теорию происхождения колец Сатурна

Здесь мы поделимся плодотворным опытом сотрудничества российских и американских ученых в космическом проекте Кассини, зонд которого сделал 293 оборота вокруг Сатурна за 13 лет, с 2004 по 2017 год. Впервые за 400 лет ученые предложили новую теорию, которая объяснила происхождение колец Сатурна участием в процессе магнитного поля Сатурна. Это помогает понять многие явления, наблюдаемые в кольцах Сатурна.

Кольца Сатурна впервые наблюдал Г. Галилей в 1610 году. Прошло 410 лет, но природа их происхождения до сих пор остается загадкой, даже после трех известных миссий НАСА к Сатурну – Пионер-11 (1979), Вояджер-1 (1980), Вояджер-2 (1981), и четвертого феноменального, технологически совершенного зонда Кассини НАСА, Европейского и Итальянского космических агентств. В миссии Кассини участвовало более 300 ученых разных стран. Зонд работал в автоматическом режиме, поскольку радиосигнал от Земли до Сатурна идет 79,34 мин. Его электрические аккумуляторы работали 13 лет. Зонд 20 раз пролетал в щель между Сатурном и кольцами. Приборы обнаружили, что куски льда колец имеют размеры от пыли и сантиметров – до десятка метров, содержат примерно 93% льда и 7% углерода, а температура колец от -163°С до -203°С. Однако по признанию ученых, природа происхождения колец так и осталась не раскрытой. Ученые не нашли объяснения, каким же образом кольца образовались, почему сомбреро колец стабильно существует долгие годы на экваторе Сатурна, почему куски льда колец расталкиваются и не слипаются, почему кольца разделены щелями и т.д.

Чтобы понять загадочность проблемы происхождения колец Сатурна, достаточно представить себе систему колец, заключенную в огромную баранку толщиной от 10 до 100 метров и радиусом более 200 тысяч км. И вся эта система висит в открытом космосе, окружая Сатурн, у которого диаметр 120 тысяч км. (см. Рис. 1). Из рис. 1 видно, что кольца прозрачны, это подтверждает тот факт, что они в основном состоят из прозрачного водяного льда. Если сравнить отношение толщины к длине листа А4, то отношение толщины колец к диаметру будет в 10 тысяч раз меньше, но диск колец стабильно удерживается какими-то силами.

Существующие объяснения происхождения колец Сатурна были основаны на действии гравитационных сил Сатурна. Но такая модель не обеспечивает устойчивости существования колец. Российские и американские ученые предложили учесть действие магнитного поля Сатурна. На основе исследований свойств льда и данных измерений зонда Кассини было показано, что льдинки в кольцах обладают магнитными свойствами – они диамагнитные или даже обладают сверхпроводимостью. Такая гипотеза была выдвинута впервые за 400 лет с 1610 года, когда Г. Галилей первым увидел кольца Сатурна. Был также учтен тот факт, что в известном физическом эксперименте железные опилки образуют полоски и щели вокруг магнита на лабораторном столе, а вся такая система также одновременно находится в гравитационном и магнитном полях Земли (см. Рис. 2). Очевидно, что это проявление магнетизма, то есть это – магнитный эффект, потому что если убрать магнит, то такой картинки не будет.

Согласно объяснению ученых процесс образования колец начинается после включения магнитного поля Сатурна. На кусочки льда протопланетного облака начинает действовать дополнительная сила диамагнитного выталкивания кусочков льда, и возникает процесс магнитной анизотропной аккреции. В результате орбиты частиц начинают дрейфовать в плоскость магнитного экватора Сатурна, где магнитная энергия частиц имеет наименьшее значение. После многих столкновений частиц все их орбиты оказываются в плоскости магнитного экватора планеты. Магнитное поле выталкивается из каждой льдинки и расталкивает сами куски льда, а также делает края колец резкими. Гравитационное поле Сатурна сферически симметричное, а магнитное поле осесимметричное, и оно имеет магнитный экватор там, где наименьшая плотность магнитного потока (наибольшее расстояние между силовыми линями магнитного поля планеты). Как показали измерения зонда Кассини, для Сатурна его магнитный экватор совпадает с географическим экватором.

В итоге орбиты льдинок образуют жесткую систему колец из льдинок в плоскости магнитного экватора Сатурна, и они вращаются с магнитосферой планеты. По вертикали кусочки льда удерживаются на экваторе, так как их энергия минимальная на экваторе. И для перемещения их вверх или вниз по меридиану кусочкам льда нужна дополнительная энергия.

Результаты совместных научных исследований ученых опубликованы более, чем в 20 статьях в престижных научных журналах, доложены на международных конференциях в США, России, Китае и Европе, и прочитаны лекции в НАСА, многих университетах США, Европы и других стран. И хотя работа этой группы ученых не финансировалась, они внесли достойный вклад в мировую астрофизику, и объяснили происхождение колец Сатурна с использованием данных измерений, полученных приборами зонда Кассини. Обработка данных измерений зонда Кассини продолжается, но пионерские результаты российско-американской группы ученых наверняка способствуют пониманию природы происхождения колец Сатурна.

Подробности - по ссылке