Сатурн характеризуется наличием разветвленной системы колец, простирающихся на расстояния до нескольких сотен тысяч километров. В 2017 году космический аппарат Cassini передал информацию о газовом гиганте, позволившая ученым определить возраст этих колец, который оказался относительно небольшим. Японские астрономы поставили под сомнение результаты, представленные другими исследователями, и провели повторный анализ. Его результаты указывают на то, что формирование колец, вероятно, произошло примерно в то же время, что и образование самой планеты.
Кольца Сатурна достаточно яркие, благодаря своему составу, включающему 90-95 процентов водяного льда с высокой отражательной способностью, эти объекты видны с Земли ( альбедо). Встречающиеся там ледяные образования значительно различаются по своим размерам – от мельчайших кристаллов до глыб, достигающих нескольких метров в поперечнике. Помимо льда, в состав колец входят и другие компоненты: пыль и обломки горных пород, которые, скорее всего, образовались в результате разрушения комет, астероидов или спутников, распавшихся на фрагменты под воздействием гравитационного притяжения газового гиганта.
Долгое время, на протяжении большей части XX века, исследователи считали, что кольца Сатурна сформировались одновременно с планетой около 4,5 миллиарда лет назад. Однако, после того как к газовому гиганту приблизился зонд Cassini, возникли сомнения в этой дате. Предоставив астрономам наиболее детальные сведения о структуре и физических характеристиках колец перед окончанием своей миссии в 2017 году, аппарат позволил им сделать новые выводы, на основе которых исследователи рассчитали их возраст.
Специалисты полагают, что если бы кольца Сатурна образовались миллиарды лет назад, как считалось ранее, то за это время они должны были бы содержать гораздо больше пыли. Однако проведенный анализ продемонстрировал, что количество пыли на кольцах существенно меньше прогнозируемого. Это указывает на их относительно юный возраст, и, возможно, они сформировались всего 10–100 миллионов лет назад, что сопоставимо с возрастом событий, связанных с вымиранием динозавров.
Определение возраста кольца Сатурна основано на скорости его потемнения. Исходя из того, что кольца сформировались из чистого льда, и рассчитывая поток метеоритов, приближающихся к планете, можно установить примерный период накопления примесей. Постепенное потемнение льда должно было произойти вследствие накопления космической пыли, однако кольца сохраняют исключительную яркость, что свидетельствует об их относительно небольшом возрасте».
В 2023 году ученые провели уточнение возраста колец Сатурна. Для этого они изучили скорость загрязнения космической пылью частиц колец, которая проявляется в оседании на водяной лед. Исследователи пришли к выводу, что кольцам от 100 до 400 миллионов лет.
Теперь группа астрономов из Франции и Японии, возглавляемая Рюки Хёдо ( Ryuki Hyodo) из Института космических и астронавтических наук опровергла и эти сведения. Ученые рассчитали, что кольца Сатурна обладают большей устойчивостью к воздействию космической пыли, чем предполагалось ранее, поэтому водяной лед, входящий в их состав, может сохранять свою «чистоту» в течение продолжительного периода. Хёдо и его соавторы не определили новый возраст колец, но высказали предположение, что они сформировались одновременно с Сатурном, то есть им около 4,5 миллиарда лет. О своем открытии астрономы сообщили в опубликованной статье, опубликованной в журнале Nature.
Изначально ученые провели моделирование, чтобы понять, как космическая пыль, под воздействием гравитационного притяжения Сатурна, движется и сталкивается с кольцами на высокой скорости. Полученные данные свидетельствуют о том, что в процессе подобных столкновений возникают очень высокие температуры, достаточные для испарения пыли. Образовавшийся пар рассеивается, формируя облако, которое впоследствии охлаждается и конденсируется, превращаясь в заряженные частицы. Подобные частицы были зафиксированы зондом Cassini.
Используя компьютерное моделирование, специалисты команды Хёдо проследили траектории движения этих частиц в магнитном поле Сатурна. Результаты показали, что лишь незначительная доля из них опустится на кольца, в то время как основная масса либо будет увлечена в атмосферу планеты, либо покинет ее под воздействием гравитации Сатурна.
Согласно новому научному исследованию, кольца Сатурна демонстрируют признаки молодости благодаря способности сохранять чистоту, что позволяет им дольше сохранять свой первоначальный вид. Исследователи предполагают, что этот аспект может оказывать влияние на определения возраста колец.
Астрономы уже прокомментировали новое исследование, оценив возраст колец Сатурна в несколько сотен миллионов лет. По словам специалистов, для работы они применили более совершенный метод, чем использовала группа Хёдо, и их результаты более обоснованы, так как основаны на данных, полученных аппаратом Cassini.
«Согласно моделированию, выполненному группой ученых из Хёдо, предполагается, что кольца Сатурна формируются исключительно из твердых частиц льда. Однако, в реальности они состоят из более податливых структур, демонстрирующих меньшую твердость и большую гибкость по сравнению с обычными твердыми частицами. Это означает, что подобные более мягкие частицы способны разрушаться, деформироваться или слипаться при столкновениях, что приводит к более сложным и динамичным взаимодействиям, чем те, что характерны для твердых ледяных кристаллов. В связи с этим, итоги будущих исследований могут существенно отличаться», — пояснил американский астроном Саша Кемпф (Sascha Kempf) исследователь из Колорадского университета в Боулдере, соавтор работы, посвященной определению возраста колец Сатурна, которая была опубликована в 2023 году.