Кольца Сатурна, возможно, значительно старше, чем считали ученые.

Кольца Сатурна очень яркие, что позволяет наблюдать их с Земли. Это объясняется их составом: на 90-95 процентов они состоят из водяного льда, который обладает высокой отражательной способностью (альбедо). Лед в кольцах варьируется по размеру — от мелких частиц до крупных блоков диаметром в несколько метров. Также в кольцах присутствуют различные примеси, такие как пыль и породы, вероятно, образовавшиеся в результате разрушения одной или нескольких комет, астероидов или спутников, которые распались под воздействием гравитации газового гиганта.

На протяжении большей части XX века ученые считали, что кольца Сатурна сформировались одновременно с планетой, примерно 4,5 миллиарда лет назад. Однако, когда к газовому гиганту приблизился зонд Cassini, они начали сомневаться в этой оценке. Перед тем как завершить свою миссию в 2017 году, аппарат предоставил астрономам наиболее точные данные о структуре и физических свойствах колец, на основе которых исследователи определили их возраст.

Специалисты пришли к выводу, что если бы кольца Сатурна существовали миллиарды лет, как это предполагалось ранее, они должны были бы накопить значительно больше пыли. Тем не менее, анализ показал, что пыли на кольцах гораздо меньше, чем ожидалось. Это указывает на то, что кольца намного моложе и, возможно, образовались всего 10-100 миллионов лет назад, то есть примерно в одно время с вымиранием динозавров.

Возраст колец был оценен по скорости потемнения льда: зная, что кольца изначально состоят из чистого льда, и учитывая поток метеоритов, приближающихся к Сатурну, можно рассчитать предполагаемое время накопления примесей. Со временем лед должен был потемнеть из-за накопления космической пыли, но кольца остаются необычайно яркими, что указывает на их «молодой возраст».

В 2023 году ученые уточнили возраст колец Сатурна. Они исследовали, как быстро космическая пыль загрязняет частицы колец — оседает 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 данные. Команда подсчитала, что кольца Сатурна должны быть гораздо более устойчивыми к загрязнению космической пылью, чем считалось ранее, поэтому водяной лед в их составе может оставаться «чистым» на протяжении длительного времени. Хёдо и его коллеги не определили новый возраст колец, но предположили, что они такие же старые, как и Сатурн, то есть им около 4,5 миллиарда лет. О своем открытии астрономы сообщили в статье, опубликованной в журнале Nature.

Сначала исследователи смоделировали, как космическая пыль, ускоренная гравитацией Сатурна, врезается в кольца с огромной скоростью. Анализ показал, что при таких столкновениях возникают экстремальные температуры, при которых пыль испаряется. В результате образуется пар, который распределяется в виде облака, а затем остывает и конденсируется, превращаясь в заряженные частицы. Эти частицы напоминают те, что наблюдал зонд Cassini.

Затем команда Хёдо смоделировала, как эти частицы будут двигаться через магнитное поле Сатурна, и обнаружила, что лишь небольшая их часть начнет оседать на кольцах, тогда как большая либо будет втянута в атмосферу Сатурна, либо вернется обратно в космос под действием гравитации газового гиганта.

Авторы нового научного исследования отметили, что кольца Сатурна выглядят «молодыми» благодаря способности «сопротивляться» загрязнению, что позволяет им сохранять свой первоначальный внешний вид значительно дольше. По мнению ученых, этот фактор может оказывать влияние на то, как исследователи оценивают возраст колец.

На новое исследование уже отреагировали астрономы, которые оценили возраст колец Сатурна в несколько сотен миллионов лет. Специалисты отметили, что в своей работе они использовали более сложный метод, чем группа Хёдо, а их выводы гораздо более практичны, поскольку основаны на данных, полученных от аппарата Cassini.

«В моделировании, проведенном командой Хёдо, предполагается, что кольца Сатурна состоят исключительно из твердых частиц льда, тогда как на самом деле они состоят из более „мягких“ структур, которые имеют меньшую твердость и большую податливость по сравнению с твердыми частицами. То есть такие „мягкие“ частицы могут разрушаться, деформироваться или прилипать друг к другу при столкновении, создавая более сложные и динамичные взаимодействия, чем твердые ледяные кристаллы. Поэтому результаты исследований будут совершенно разными», — объяснил американский астроном Саша Кемпф (Sascha Kempf) из Колорадского университета в Боулдере, один из авторов исследования о возрасте колец Сатурна, проведенного в 2023 году.