Колебания колец Сатурна помогли определить структуру ядра планеты

Ключом к пониманию внутренней структуры Сатурна могут быть явления, наблюдаемые на кольцах этой планеты. В новом исследовании говорится о том, что существующие представления о ядре Сатурна и в целом о механизме формирования планет-гигантов могут быть ошибочными.

Ученые использовали кольца Сатурна как своеобразные сейсмографы, что позволило прийти к выводу о строении ядра планеты. Оно вряд ли имеет четкую границу и не такое твердое, как можно было предположить. Вместо твердой сферы в сердце Сатурна, скорее всего, находится своеобразный «суп» из горных пород, металлов и сжатых газов.

В своей работе авторы исследования использовали данные, собранные аппаратом «Кассини», который в течение 13 лет работал в системе Сатурна. Еще в 2013 году данные миссии показали, что внутреннее кольцо Сатурна, D-кольцо, колеблется и закручивается. Причем эти колебания не могли быть полностью объяснены гравитационным влиянием спутников планеты. В новом исследовании все мельчайшие колебания и движения колец Сатурна были тщательно проанализированы.

«Мы использовали кольца Сатурна как гигантский сейсмограф для измерения колебаний внутри планеты, - сказал соавтор исследования Джим Фуллер из Калифорнийского технологического института. – Это первый раз, когда нам удалось сейсмически исследовать структуру газовой планеты-гиганта, и результаты оказались довольно неожиданными».

Ядро планеты не только кажется «размытым» и «супообразным», но и занимает около 60 процентов диаметра Сатурна, что намного больше, чем считалось ранее. Анализ показал, что ядро Сатурна может быть примерно в 55 раз массивнее Земли, а из общей массы около 17 масс Земли составляют горные породы, тогда как остальное – жидкая, вязкая субстанция. Движения в ядре вызывают постоянную рябь на поверхности Сатурна. Эти поверхностные волны вызывают незначительные изменения в силе тяжести, что в свою очередь оказывает влияние на кольца.

«Сатурн всегда дрожит, и это почти незаметно, - сказал ведущий автор исследования Кристофер Манкович. – Поверхность планеты колеблется примерно на метр каждые час-два подобно медленно волнующемуся озеру. Кольца подобно сейсмографу улавливают гравитационные возмущения и тоже начинают покачиваться».

При этом природа этой ряби указывает на то, что ядро, несмотря на все колебания, имеет стабильные слои разной плотности. Более тяжелые материалы сосредоточены около центра и не смешиваются с более легкими, расположенными дальше от центра. Манкович сравнил изменение слоев материала с илом на дне озера.

«Чтобы гравитационное поле планеты могло колебаться с этими конкретными частотами, внутреннее пространство должно быть стабильным, - отметил Фуллер. – А это возможно только в том случае, если доля плотных материалов постепенно увеличивается по мере приближения к центру планеты».

Такие результаты исследования могут поставить под сомнение некоторые из устоявшихся моделей образования газовых гигантов, планет без твердой поверхности, которые состоят в основном из водорода и гелия. Эти модели предполагают, что сначала формировались скалистые ядра этих планет, подобные Земле, а затем они собрали вокруг себя огромные газовые оболочки. Однако если структура ядра такова, как описанная в данном исследовании Сатурна, это означает, что газовая составляющая в значительной степени присутствовала на начальном этапе формирования планеты и ее ядра.