Титан удаляется от Сатурна в 100 раз быстрее, чем было предсказано ранее
AstroNews.ru - 09 Июня 2020 16:10:31
По земным меркам спутник Сатурна Титан - странное место. Более крупный, чем планета Меркурий, Титан окутан плотной атмосферой (это единственная луна в Солнечной системе, которая имеет её) и покрыт реками и морями жидких углеводородов, таких как метан и этан. Под ними находится толстая корка водяного льда, а под ней может быть жидкий водный океан, который потенциально может содержать жизнь.
Теперь же десятилетия измерений и расчетов показали, что орбита Титана вокруг Сатурна расширяется - то есть Луна становится все дальше и дальше от планеты - со скоростью примерно в 100 раз быстрее, чем ожидалось. Исследования показывают, что Титан родился гораздо ближе к Сатурну и мигрировал в свое нынешнее положение в 1,2 миллиона километров за 4,5 миллиарда лет.
Результаты исследования описаны в статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy 8 июня.
"Большинство предыдущих работ предсказывало, что спутники, такие как Титан или спутник Юпитера Каллисто, были сформированы на орбитальном расстоянии, подобном тому, где мы видим их сейчас", - говорит Джим Фуллер из Калифорнийского технологического института и соавтор новой статьи. Это означает, что сатурианская лунная система и, возможно, ее кольца сформировались и эволюционировали более динамично, чем считалось ранее."
Чтобы понять основы орбитальной миграции, мы можем посмотреть на нашу собственную Луну. Луна Земли оказывает небольшое гравитационное притяжение на планету, когда она вращается по своей орбите - это вызывает приливы и отливы.
Процессы трения внутри Земли преобразуют часть этой энергии в тепло, искажая гравитационное поле Земли так, что оно тянет Луну вперед по своей орбите. Это заставляет Луну набирать энергию и постепенно удаляться все дальше от Земли со скоростью около 3,8 сантиметра в год. Однако этот процесс происходит постепенно; Земля не "потеряет" Луну до тех пор, пока земля с Луной не будут поглощены Солнцем примерно через шесть миллиардов лет.
Титан оказывает аналогичное притяжение на Сатурн, но процессы трения внутри Сатурна обычно считаются более слабыми, чем внутри Земли, из-за газообразного состава Сатурна. Стандартные теории предсказывают, что из-за своего расстояния от Сатурна Титан должен мигрировать с небольшой скоростью, не более 0,1 сантиметра в год. Но новые результаты противоречат этому прогнозу.
В работе, подробно описанной в статье Nature Astronomy, две группы исследователей использовали разные методы для измерения орбиты Титана в течение 10 лет. Один из методов, получивший название астрометрии, позволил точно измерить положение Титана относительно фоновых звезд на снимках, сделанных космическим аппаратом "Кассини". Другая техника, радиометрия, измеряла скорость Кассини, поскольку на него оказывалось гравитационное влияние Титана.
"Используя два совершенно независимых набора данных - астрометрический и радиометрический - и два различных метода анализа, мы получили результаты, которые полностью согласуются", - говорит первый автор исследования Валери Лейни, ранее работавшая в JPL (которой руководит Caltech для NASA).
Полученные результаты также согласуются с теорией, предложенной в 2016 году Фуллером, который предсказал, что скорость миграции Титана будет намного быстрее, чем предполагают стандартные приливные теории. Его теория отмечает, что Титан, как ожидается, будет гравитационно сжимать Сатурн с определенной частотой, которая заставляет планету сильно колебаться, подобно тому, как качание ваших ног на качелях с правильным темпом будет раскачивать вас все выше и выше. Этот процесс приливного воздействия называется резонансной блокировкой. Фуллер предположил, что высокая амплитуда колебаний Сатурна будет рассеивать много энергии, что, в свою очередь, приведет к тому, что Титан будет мигрировать прочь от планеты с большей скоростью, чем считалось ранее. Действительно, оба наблюдения показали, что Титан мигрирует от Сатурна со скоростью 11 сантиметров в год, более чем в 100 раз быстрее, чем предсказывали предыдущие теории.
«Теория резонансной блокировки может применяться ко многим астрофизическим системам. Сейчас я делаю некоторую теоретическую работу, чтобы посмотреть, может ли та же физика использоваться в двойных звездных системах или системах экзопланет», - говорит Фуллер.
Статья называется «Резонансная блокировка на гигантских планетах, на которую указывает быстрое увеличение орбиты Титана».